Im Rahmen der fortschreitenden Energiewende spielt die Wasserstoffproduktion eine zentrale Rolle. Hauptfokus liegt dabei auf der Herstellung von nachhaltigem Wasserstoff durch Elektrolyse. Diese Technologie zerlegt Wasser in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) mithilfe von elektrischem Strom, wobei Strom aus erneuerbaren Quellen die Grundlage für die Erzeugung von grünem Wasserstoff darstellt. Aktuell ist jedoch zu beobachten, dass bei der Wasserstoffherstellung durch Elektrolyse etwa 50% der Energie verloren gehen, was die Effizienz der Produktion in Frage stellt. Das Forschungsteam um den Chemiker Michael Wark arbeitet an der Entwicklung effizienterer Katalysatoren, um diesen Verlust zu verringern und die Umweltauswirkungen der Wasserstofferzeugung zu minimieren. Uol.de berichtet über die Fortschritte in der Forschung, die sich auf metallorganische Gerüstverbindungen (MOF) aus gängigen Metallen wie Eisen, Nickel und Kobalt konzentrieren.

MOF-Katalysatoren zeichnen sich durch ihre Kosteneffizienz und bessere CO2-Bilanz aus. Die Eigenschaften dieser Katalysatoren können variabel angepasst werden, was sie vielseitig einsetzbar macht. Ein neuer Ansatz in der Katalysatorherstellung ermöglicht es, diese kostengünstig und bei Raumtemperatur herzustellen, im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren, die hohe Temperaturen benötigen und bis zu 48 Stunden in Anspruch nehmen können. Diese Entwicklungen könnten bedeuten, dass die Wasserstoffproduktion nicht nur effizienter, sondern auch wirtschaftlicher wird.

Bedeutung der Wasserstofferzeugung in der EU

Im Kontext der EU hat Wasserstoff als saubere Energiequelle an Bedeutung gewonnen, insbesondere im Rahmen des European Green Deal. Die EU-Kommission legte im Juli 2020 eine Wasserstoffstrategie vor, die 2022 in Kraft trat, um die Erzeugung und Nutzung von Wasserstoff zu fördern. Dazu gehört auch, dass Wasserstofferzeugungsanlagen, wie Elektrolyseure, in einem immissionsschutzrechtlichen Genehmigungsverfahren überprüft werden müssen. Diese Verfahren umfassen unter anderem eine Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) und die Prüfung der Genehmigungsfähigkeit nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) für industrielle Elektrolyseanlagen. Osborne Clarke hebt hervor, dass die rechtlichen Rahmenbedingungen für die Installation und den Betrieb solcher Anlagen entscheidend sind, um die öffentliche Akzeptanz und die Sicherheit zu gewährleisten.

Die Entwicklung nachhaltiger Wasserstofftechnologien wird nicht nur in der Wissenschaft, sondern auch in der Industrie vorangetrieben. Der Einsatz von Elektrolyseuren wird als Schlüssel zur Erreichung der Klimaziele angesehen, wobei die Elektrolyseure in der Behörde klassifiziert und ihre Genehmigung als Teil einer umfassendere Planung betrachtet wird. Die verschiedenen Technologien zur Wasserstoffproduktion, wie alkalische Elektrolyse und PEM-Elektrolyse, sind bereits technisch ausgereift und werden in der Industrie eingesetzt.

Langfristige Ziele und Herausforderungen

Das Fraunhofer-Institut unterstreicht, dass Deutschland bis 2030 einen Bedarf von 78 TWh Wasserstoff und bis 2050 sogar 294 TWh haben wird. Um diesen Bedarf zu decken, wird eine Elektrolysekapazität von 44 GW bis 2030 und 213 GW bis 2050 prognostiziert. Verschiedene Verfahren zur Wasserstofferzeugung, wie Hochtemperatur-Elektrolyse, Co-Elektrolyse und innovative Ansätze wie die Anionenaustauschmembran-Elektrolyse (AEMEL), werden erforscht, um die Effizienz und Wirtschaftlichkeit weiter zu steigern. Fraunhofer berichtet, dass diese Technologien darin bestehen, optimale Lösungen für die Energiewende zu finden und gleichzeitig die Abhängigkeit von kritischen Materialien zu verringern.

Ein zentraler Aspekt bleibt die Charakterisierung und Reproduzierbarkeit der neuen Katalysatoren. Dr. Danni Balkenhohl hat ein Verfahren entwickelt, das die Herstellung der Katalysatoren vereinfacht und gleichzeitig die Stabilität durch Beimischungen von Mangan-Ionen gewährleistet. Die aktuelle Forschung zielt darauf ab, die Laborerfolge in die industrielle Anwendung zu übertragen. Mit diesen Entwicklungen steht die Wasserstoffproduktion an einem Wendepunkt, dessen Ergebnisse weitreichende Folgen für die Energiepolitik und die ökologische Balance haben könnten.