Wasserstoff Forschung

Seit mehr als drei Jahrzehnten begleitet die Organisation den Aufbau klimaneutraler Industrieprozesse sowie einer nachhaltigen Mobilität durch die Entwicklung innovativer Wasserstofftechnologien.

Die besondere Expertise liegt in der Entwicklung, Herstellung und Charakterisierung katalytisch aktiver Komponenten. Im Bereich der Wasserstofferzeugung konzentriert sich die Arbeit vor allem auf die Elektrolyse mit Protonen-Austausch-Membranen (Polymer Exchange Membrane, PEM) sowie Anionen-Austausch-Membranen (Anion Exchange Membrane, AEM). Ein weiterer Schwerpunkt der Forschung ist die Entwicklung von Membran-Brennstoffzellen, insbesondere für Anwendungen im Mobilitätssektor. Darüber hinaus werden mithilfe thermochemischer Verfahren gasförmige und flüssige Kraftstoffe sowie sogenannte „grüne Chemikalien“ synthetisiert. Zur Bewertung der Umweltwirkungen werden Lebenszyklusanalysen durchgeführt, während techno-ökonomische Bewertungen zur Ermittlung der Kosten von Wasserstoffprodukten dienen.

Kundinnen und Kunden werden mit hochqualifizierten Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungen unterstützt. Dazu zählen Machbarkeitsstudien, die Entwicklung und Erprobung von Komponenten und Systemen sowie Modellierungen, Simulationen und Analysen, die von der Mikroskala bis hin zu globalen Energiesystemen reichen. Eine exzellente Laborinfrastruktur bildet dabei die Grundlage für wissenschaftlich fundierte Innovationen.

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Die Sicherheit der Wasserstoff-Infrastruktur spielt eine herausragende Rolle. Sämtliche Prozessschritte – von der Erzeugung über die Speicherung und Verteilung bis zur Umwandlung von Wasserstoff – müssen sicher sein. Allerdings ist das bei Wasserstoff (H₂) nicht trivial: Zuverlässig und sensitiv messende H₂-Sensoren sind wichtige Komponenten von Sicherheits- und Warnsystemen zur Überwachung der Wasserstoff-Infrastruktur.

Für einen sicheren Betrieb von Leitungen, Wasserstoffspeichern oder Anschlussstellen (zur Befüllung und Entnahme) sind stationäre oder mobile Sensoren notwendig, die kritische Stellen permanent oder gezielt überwachen. Die Sensorik muss in der Lage sein, aufgrund von Leckagen austretendes H₂ sowie auch das Transportgas Ammoniak (NH₃) zu detektieren und gleichzeitig absolute Konzentrationen in rauen Umgebungen über eine lange Zeit und mit sehr hoher Zuverlässigkeit zu ermitteln.

Ebenso muss die Gasqualität des Wasserstoffs überwacht werden, indem unabsichtlich oder absichtlich im Wasserstoff vorhandene zusätzliche Gaskomponenten zuverlässig bestimmt werden. Das Fraunhofer IPM konzeptioniert, entwickelt und evaluiert Gassensoren zur Reinheitsbestimmung von Wasserstoff in enger Kooperation mit seinen Projektpartnern. Auf Basis der Erkenntnisse werden skalierbare Lösungen für die Wasserstoff-Messtechnik entwickelt.

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Das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM widmet sich der Forschung für mehr Nachhaltigkeit in der industriellen Wertschöpfung. Ziel ist es, die Langlebigkeit und Sicherheit von Bauteilen zu verbessern, Ressourceneffizienz entlang von Prozessketten zu steigern und die Energieeffizienz von Maschinen zu erhöhen. Hierzu analysiert das Institut Werkstoffe in Prozessketten, Bauteilen und Maschinen und macht deren Eigenschaften sowie ihr Verhalten systematisch berechenbar.

Ein wesentlicher Fokus liegt auf der Wasserstoffinfrastruktur der Zukunft. Das Fraunhofer IWM gewährleistet die Sicherheit druckbelasteter Bauteile durch Lebensdauerprognosen und bruchmechanische Nachweise, bewertet Stähle für Druckbehälter sowie CFK-Tanks und entwickelt darauf abgestimmte Materialmodelle. Parallel dazu werden wasserstoffbedingte Schädigungsmechanismen in Pumpen und Verdichtern untersucht und Hochleistungssysteme mithilfe maßgeschneiderter Barriere- und Korrosionsschutzschichten geschützt.

Diese Kompetenzen kommen auch der Mobilität der Zukunft zugute. Für Verbrennungsmotoren, die mit alternativen Kraftstoffen wie Wasserstoff, Methan oder Ammoniak betrieben werden, erforscht das Institut tribochemische Vorgänge und qualifiziert Werkstoffsysteme unter realistischen thermo-mechanischen Beanspruchungen.

Ein weiterer Forschungsstrang schließt den Kreis zur nachhaltigen Energieerzeugung: Im Bereich der PEM-Elektrolyse entwickelt das Fraunhofer IWM mithilfe innovativer Kapillarsuspensionstechnologie hochporöse Titanelektroden und trägt damit gezielt zur Effizienzsteigerung der Wasserstoffproduktion bei.

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Die Wasserstoff-Technologie ist ein Markt mit riesigem Zukunftspotential; bisher ist sie aber noch in einem frühen Entwicklungsstadium.

Die Hochschule Offenburg hat sich zum Ziel gesetzt, dies zu ändern: Sie forscht und entwickelt intensiv an Wasserstoff-Technologien und will somit ihren eigenen Beitrag zur Energiewende leisten. Darüber hinaus ist es ein Anliegen, Unternehmen – insbesondere in der Region – die Möglichkeit zu geben, von der Wasserstofftechnologie zu profitieren.

Wasserstoff ist daher eines der zentralen Arbeitsfelder der Forschungsgruppen am INES – Institut für nachhaltige Energiesysteme, die sich mit den unterschiedlichen Aspekten, von der Erzeugung über die Verteilung und Speicherung bis hin zur Anwendung des Energieträgers der nahen Zukunft auseinandersetzen.

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Im Rahmen des vom Umweltministerium Baden‑Württemberg geförderten Projekts Wasserstoffbrücken untersucht die Hochschule rechtlich‑administrative Fragestellungen im Zusammenhang mit grenzüberschreitenden Wasserstofftransportinfrastrukturen zwischen Deutschland, Frankreich und der Schweiz. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen den relevanten Akteuren als rechtlich‑administrative Entscheidungs- und Arbeitsgrundlage dienen. Dadurch können sie unmittelbar für den Anschluss industrieller Bereiche mit hohem Wasserstoffbedarf genutzt werden, indem eine grenzüberschreitende Verknüpfung der Wasserstoffnetze ermöglicht und somit eine Beschleunigung entsprechender Vorhaben unterstützt wird.

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