Fortschritte in der Wasserstoff-Forschung Erfolgreiche Hochskalierung der Produktion von grünem Wasserstoff

Bis 2030 soll Deutschland eine Elektrolyseleistung von 10 GW erreichen. Dieses Ziel erfordert nicht nur zahlreiche Produktionsstätten, sondern auch leistungsstarke Elektrolyseure im industriellen Maßstab. Im vergangenen Jahr haben mehrere Industriepartner wichtige Fortschritte beim Aufbau von Fabriken und Fertigungseinheiten für Elektrolyseure gemacht. Einige wurden bereits in Betrieb genommen.

Serienfertigung von Elektrolyseuren in Deutschland

Ein Beispiel ist die Gigawatt-Fabrik für PEM-Elektrolyseure von Siemens Energy in Berlin. Das H₂Giga-Projekt SEGIWA hat Technologien für die automatisierte Serienfertigung von PEM-Elektrolyseuren erforscht, die in der Fabrik zum Einsatz kommen und Fertigungskapazitäten im Gigawatt-Bereich ermöglichen. Dazu gehört die erfolgreiche Automatisierung der Fertigung von Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) und der Stack-Montage.

Ein angebundenes Leitsystem verarbeitet die wesentlichen Prozess- und Qualitätsdaten dieser Anlagen. Es ist Basis für einen digitalen Zwilling, einen sogenannten Flottenzwilling. Dieses digitale Modell kann mit den Produktionsdaten Risiken über den gesamten Lebenszyklus des Elektrolyseurs erkennen und minimieren. Dazu vergleicht es unter anderem Fertigungsdaten und Prozessparameter mit den Abnahmetests der Elektrolyseur-Stacks. Diese Fortschritte spielen eine entscheidende Rolle, um Elektrolyseure zuverlässiger zu machen und damit die Kosten der Wasserstoff-Produktion zu senken.

Enge Zusammenarbeit von Wissenschaft und Industrie

H₂Giga zeichnet sich durch die enge Zusammenarbeit von Forschung und Industrie aus. Dies unterstützt und beschleunigt den gesamten Entwicklungsprozess. Anna Mechler, Koordinatorin des H₂Giga-Projekts PrometH₂eus an der RWTH Aachen, betont: „Durch den kontinuierlichen Austausch konnten wir gemeinsam mit unseren Partnern das Benchmarking neuer Elektroden entscheidend vorantreiben und den Wissenstransfer in die Industrie erfolgreich anstoßen.“

PrometH₂eus entwickelt neue Methoden, um Sauerstoff-Elektroden in der alkalischen Elektrolyse unter praxisnahen Bedingungen zu testen und zu charakterisieren. Eine neu entwickelte Messzelle ermöglicht es, Neuheiten aus dem Labor schneller auf reale Elektrolyseure zu übertragen. Gemeinsam mit den Industriepartnern Nucera und De Nora wird diese Methode nun eingesetzt, um Elektrodenforschung für die industrielle Anwendung effizienter voranzutreiben. Anna Mechler ergänzt: „Wir freuen uns besonders auf die letzten Skalierungsschritte im kommenden Projektjahr, um die Entwicklung weiter zu beschleunigen und einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft zu leisten.“

Erfolge der H₂Giga-Projekte: Ein Überblick

Dies sind nur zwei von vielen Beispielen. Die Projektpartner des Wasserstoff-Leitprojekts H₂Giga haben im vergangenen Jahr beachtliche Fortschritte erzielt. So feiert das H₂Giga-Projekt DERIEL die Inbetriebnahme eines Teststands für ein industrielles PEM-Elektrolyseurmodul, das kontinuierlich mit modernsten Analysemethoden überprüft wird. Das Start-up WEW hat im April eine Musterfertigung für Elektrolyse-Stacks in Dortmund eröffnet. Diese Musterfertigung ist Teil des BMBF-geförderten Projekts Stack Revolution – kurz StaR. Auch PEP.IN setzt erfolgreich entwickelte Technologien aus H₂Giga zukünftig in einer Giga-Factory für Elektrolyseure in Hamburg für die Serienfertigung von PEM-Elektrolyse-Stacks ein.

Ein weiterer Meilenstein ist die gelungene Installation eines 20-MW-Druck-Alkali-Elektrolyseurs (AEL) durch das Dresdner Unternehmen Sunfire, Koordinator des H₂Giga-Projekts AEL4GW. Der Elektrolyseur kann stündlich bis zu 400 kg grünen Wasserstoff produzieren. Enapter, Partner aus dem H₂Giga-Projekt HY-Core, nahm bereits im Sommer 2023 den größten AEM-Elektrolyseur in Betrieb. Bis zu 450 kg grünen Wasserstoff kann dieser täglich herstellen. Die Partner des Projekts Technologie Plattform Elektrolyse (TPE) erstellten einen Leitfaden für Genehmigungsverfahren und erarbeiteten Trainings für den sicheren Umgang mit Wasserstoff.