Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
Innovative Elektrolyseure für den Wasserstoffimport nach Deutschland
Projekt ScaleH2
Zur Erreichung der Klimaziele in Deutschland müssen 50 bis 70 Prozent des zukünftigen Wasserstoffbedarfs bereits bis 2030 durch Importe gedeckt werden. Der Aufbau internationaler Energiepartnerschaften ist daher ein Kernelement der deutschen Wasserstoffstrategie und eröffnet gleichzeitig große Potenziale für den Export deutscher Wasserstofftechnologien zum Ausbau weltweiter Produktionskapazitäten mit kostengünstigen Elektrolyse-Systemen.
Der erfolgreiche Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft kann nur durch die wirtschaftliche Erzeugung von grünem Wasserstoff mit hocheffizienten und nachhaltigen Elektrolysetechnologien gelingen. Im Projekt »ScaleH2« der deutsch-australischen Förderinitiative HyGATE arbeitet das Fraunhofer IST mit deutschen und australischen Partnern u.a. an der Weiterentwicklung der Protonenaustauschmembran-Elektrolyse (PEM). Dabei liegt der Fokus auf der Entwicklung und Verarbeitung innovativer Katalysatormaterialien sowie der Optimierung der automatisierten Fertigung der Elektrolyse-Stacks. Ein Schlüssel zur Verringerung der Investitionskosten und zur Skalierung der Produktionskapazitäten kommerziell verfügbarer PEM-Elektrolyseure ist ein reduzierter Materialeinsatz von Platin und Iridium in den Katalysatoren.
Effiziente Fertigung von Elektrolyse-Stacks: Innovative Beschichtungsverfahren und Automatisierung
Ein wesentlicher Aspekt des Projekts ist die Prozessentwicklung zur Fertigung der mit dem Katalysatormaterial beschichteten Membran-Elektroden-Einheit – die Hauptkomponente der Elektro- lysezellen. Dabei kommt das Kalt-Plasmaspritzen, ein innovatives Beschichtungsverfahren, zum Einsatz, um den an der University of New South Wales hergestellten Katalysator zu verarbeiten.
Gleichzeitig wird die Automatisierung skalierbarer Produktionsverfahren im Stapelprozess der Elektrolyse-Stacks weiterent-wickelt, um eine effiziente und wirtschaftliche Serienfertigung zu ermöglichen. Die Implementierung und Optimierung der automatisierten Fertigung der Stacks erfolgen an der Stapelanlage des Fraunhofer IST am Wasserstoff Campus Salzgitter.
Projektübersicht mit jeweiligen Arbeitsschwerpunkten.
Stapelanlage für die automatisierte Montage und Demontage von Brennstoffzellenstacks.
Kostenanalyse und Umweltbewertung von Wasserstoffexporten von Australien nach Deutschland
Das Projekt baut auf der Machbarkeitsstudie des Unternehmens ATCO auf, die den Aufbau einer Elektrolysekapazität von 1 GW im Bundesstaat New South Wales sowie den Export von grünem Ammoniak für den europäischen Markt untersucht. Das Fraunhofer IST modelliert dabei die Kosten und Potenziale zur Kostenreduktion von der Wasserstofferzeugung bis zur potenziellen Abnahme in Deutschland.
Zudem werden die Treibhausgasemissionen entlang der ge- samten Lieferkette bewertet, basierend auf den Anforderungen der Erneuerbare-Energien-Richtlinie III für die Verwendung von Wasserstoff und seinen Folgeprodukten. In Anlehnung an die Projektarbeiten des Fraunhofer IEG werden dabei auch die Potenziale von Wasserstoff-Untergrundspeichern in Deutschland und Australien berücksichtigt.
Ausblick
Der nächste wichtige Schritt im Projekt ist die Fertigung der Elektrodenschicht mit dem gelieferten Katalysatormaterial aus Australien. Anschließend erfolgen die elektrochemische Charakterisierung und die Bewertung der Leistungsfähigkeit der Elektrolysezellen. Mit den gefertigten Komponenten der Membran-Elektroden-Einheiten und Bipolarplatten wird die Fertigung der Stacks durchgeführt.
Dieser Beitrag ist Teil des Jahresberichts 2024.