Wie Wasserstoff zum Alleskönner werden soll

Wasserstoff soll künftig nicht nur emissionsfrei Fahrzeuge antreiben, sondern auch saubere Energie für Wohnungen oder für die Industrie bereitstellen. Dafür müssen grundlegende Technologien jedoch noch verbessert werden. Ein Grazer Forschungsteam arbeitet

Wasserstoff gilt als Hoffnungsträger für eine grüne Energiezukunft. „Aber es gilt noch viele Schwachstellen dieser Technologie auszumerzen“, sagt Alexander Trattner, Geschäftsführer von HyCentA. Die an der Technischen Universität (TU) Graz angesiedelte Forschungsgesellschaft lässt ihre Expertise seit Monatsbeginn in das Projekt „HyTechonomy“einfließen, das als eine von insgesamt sieben neuen Comet-Initiativen von der Forschungsförderungsgesellschaft FFG und den Ländern Steiermark und Oberösterreich finanziell unterstützt wird. Ziel ist es, „optimierte Grundlagen für eine nachhaltige und emissionsfreie Energiewirtschaft bereitzustellen, die auf Wasserstoff basiert“.

Verbesserungen erhofft sich Trattner sowohl bei der Herstellung des Wasserstoffs als auch bei der Speicherung und letztlich bei der Umwandlung in Elektrizität und Wärme mithilfe von Brennstoffzellen. Damit soll Wasserstoff künftig die benötigte Energie für alle Bereiche des Lebens – von der Mobilität über den Haushalt bis hin zur Industrie – bereitstellen und die Verwendung fossiler Brennstoffe bremsen. Was die Erzeugung von Wasserstoff betrifft, setzen die Grazer Experten vor allem auf die sogenannte PEM-Elektrolyse. Der dafür benötigte Strom soll – natürlich – aus erneuerbaren Quellen stammen.

„Das PEM-Verfahren erlaubt es, schneller als bei der gängigen alkalischen Elektrolyse auf schwankende Strommengen einzugehen, wie sie bei der Einbindung von Energie aus Sonne oder Wind vorliegen“, erklärt Trattner. „Außerdem verwendet man Wasser anstelle von Kalilauge, wodurch Aufreinigungsprozesse eingespart werden.“Die Technologie sei bereits auf dem Markt, habe aber noch großes Entwicklungspotenzial. So müssen derzeit Platin und Iridium als Katalysatoren genutzt werden. „Wir forschen daran, diese seltenen Edelmetalle durch häufigere Elemente zu ersetzen, um erstens den Ressourcenabdruck zu minimieren und zweitens die Kosten zu senken“, so Trattner. Weitere Möglichkeiten, um diese Methode erschwinglicher und damit markttauglicher zu machen: „Es muss gelingen, die Fertigung von Elektrolysesystemen und deren Verbauung zu modularen Einheiten für den großtechnischen Einsatz zu automatisieren.“

Auch an der Effizienz soll noch geschraubt werden: Derzeit erreicht man einen Wirkungsgrad von etwa 70 Prozent. Letztlich zielen die Bestrebungen der Forscher darauf ab, die Lebensdauer der Elektrolyse zu verlängern. „Wir wollen die Alterungsprozesse der Katalysatoren und der Membran durch Entwicklung entsprechender Materialien sowie durch Verbesserungen der Technologien und der Betriebsstrategien minimieren – also etwa klären, wie man am schonendsten auf Änderungen der Strommengen reagiert“, so Trattner.

Auf der Suche nach besserem Design

In Sachen Speicherung wollen die Grazer unter anderem die Entwicklung von Metallhydridspeichern vorantreiben, bei denen sich der Wasserstoff ohne hohen Druck beispielsweise in Magnesium einlagert und bei Wärmezufuhr wieder löst. Sie könnten künftig in Verbindung mit mobilen Brennstoffzellen etwa in Autos eine Rolle spielen. Trattner: „Diese Speicher sind durch die Metallfüllung relativ schwer und haben die Form von Gasflaschen. Wir untersuchen, ob es idealere Designmöglichkeiten gibt.“

Nicht zuletzt haben die Grazer Forscher die Brennstoffzellen im Visier, in denen Wasserstoff zur Nutzung in Strom und Wärme umgewandelt wird. Optimierungen sollen die Entwicklung von Schwerfahrzeugen mit Wasserstoffantrieb forcieren und damit zur Dekarbonisierung des Straßenverkehrs beitragen. Gelingen eine Erhöhung des Wirkungsgrads und eine Verlängerung der Lebensdauer, könnten stationäre Brennstoffzellen künftig sogar fossile Kraftwerke ersetzen und beispielsweise ganze Stadtviertel mit Strom und Wärme versorgen.

Das Projekt „HyTechonomy“läuft bis April 2025, als Partner sind weitere Einrichtungen der TU Graz, das Austrian Institute of Technology (AIT), der Motorenentwickler AVL List, Österreichs größter Busbetreiber Postbus, der Energieversorger Verbund und der Batterieladetechnik-Spezialist Fronius an Bord.