Ganzheitliche Betrachtung

Motivation

Eine nachhaltige und zuverlässige Wasserstoffwirtschaft für Hessen

Wasserstoff ist ein vielfältig einsetzbarer Energieträger und eine echte Alternative zu fossilen Energieträgern im Hinblick auf Energiewende und Klimaschutz. Studien gehen von einem Markthochlauf der Wasserelektrolyse, allein in Deutschland, zwischen 50 und 80 GW im Stromnetz bis 2050 aus. Klimafreundlich hergestellter Wasserstoff ermöglicht es, die CO2-Emissionen vor allem in Industrie und Verkehr dort zu verringern, wo Energieeffizienz und die direkte Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien nicht ausreichen. Wasserstoff und dessen weitere Syntheseprodukte nehmen somit eine zentrale Rolle zur Treibhausgasneutralität aller energieverbrauchenden Sektoren wie bspw. Verkehr, Industrie und Gebäude ein.

© Leistungszentrum Wasserstoff Hessen
Die Forschungsarbeiten des Leistungszentrums reichen von der Materialentwicklung über die Betrachtung einzelner Komponenten bis hin zur Analyse gesamter Systeme. Dabei werden die zugrunde gelegten Bewertungskriterien (Leistungsfähigkeit, Kosten, Nachhaltigkeit, Lebensdauer, Werkstoffdesign, Kritikalität) über den gesamten Zyklus (Erzeugung, Speicherung/Transport, Nutzung) untersucht. Die Kompetenzen der Forschenden sind Recycling-Prozesse, Bauteiloptimierung, Betriebsfestigkeit, Materialentwicklung, Analytik, Simulation, Sonderprüftechnik, Systemzuverlässigkeit, Modellierung und Bewertung.

Senkung des spezifischen Bedarfs kritischer Materialien

Die Forschungsarbeiten der Fraunhofer-Institute am Wasserstoff-Leistungszentrum Hessen folgen stets dem Prinzip der ganzheitlichen Betrachtung. Analysiert man den Lebenszyklus des Wasserstoffs, mit Blick auf tatsächliche Nachhaltigkeit, von der Erzeugung über die Speicherung/Transport bis hin zur Nutzung, entstehen vielfache Bedarfe in diversen Bereichen. In den Materialkomponenten, welche über den gesamten Wasserstoffzyklus Verwendung finden, sind verschiedene kritische Materialien gebunden, die die Klimabilanz in der Herstellung von grünem Wasserstoff deutlich senken. Genau hier setzt die Forschungsarbeit des Leistungszentrums an.  

Langlebigkeit und Sicherheit

Wie kann Wasserstoff für mobile Anwendungen im Verkehr genutzt werden? Können hierfür bestehende Infrastrukturen verwendet werden? Welche Herausforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit und Lebensdauer ergeben sich daraus für Wasserstoff-beaufschlagte Materialien und Systeme? Diesen Fragen widmen sich die Forschungsarbeiten des Fraunhofer LBF. Mittels individuell entwickelter Test- und Validierungsmethoden und -infrastruktur werden die Einflüsse von Wasserstoff unter realitätsnahen Beanspruchungen auf die Ermüdung von Materialien, Bauteilen und Komponenten ermittelt und daraus optimierte Lebensdauerabschätzungen abgeleitet.

Die Chance: Gesamtheitliche Betrachtung

Über den gesamten Zyklus hinweg liegen sämtliche Prozesse hinsichtlich ihrer tatsächlichen Nachhaltigkeit und Langlebigkeit auf dem Prüfstein. Die Bewertung der Materialkritikalität von beispielweise Brennstoffzellen und deren Komponenten und Alternativen zur Brennstoffzelle sind ebenfalls Teil der Forschung.

Ziel der Forschungsarbeiten ist die Entwicklung einer Circular Economy für alle Materialkomponenten und ganzer Systeme für mehr Nachhaltigkeit auf dem Gebiet des grünen Wasserstoffs.