Brennstoffzellen und Wasserstoff
Automobile Brennstoffzellensysteme stellen eine vielversprechende Option für den Mobilitätssektor dar: hohe Reichweite bei gleichzeitig kurzen Betankungszeiten und breiten Einsatzmöglichkeiten. Als erster deutscher Hersteller hat Daimler 2017 ein Brennstoffzellenfahrzeug vorgestellt. Stationäre Brennstoffzellen-Heizungen (BZH) zur Strom- und Wärmeerzeugung zeigen, wie die Zukunft der Energieversorgung im Haus aussehen kann. Obwohl erste Brennstoffzellen-Heizgeräte und -Fahrzeuge kommerziell verfügbar sind, muss der Reifegrad dieser Technologie mit Forschung und Entwicklung noch weiter ausgebaut werden. Mit dem Technologieeinführungsprogramm des BMWi sollen die BZH nun am Markt etabliert werden.
Förderschwerpunkte und wissenschaftliche Fortschritte
Brennstoffzellen befinden sich an der Schwelle zur Markteinführung. Doch für eine breite Anwendung in Energiewirtschaft, Konsumgüter- sowie Nutzfahrzeugindustrie müssen sie noch langlebiger und kostengünstiger werden. Das BMWi fördert mit Forschung und Entwicklung die nächsten Generationen von Brennstoffzellen und will damit die Basis für eine international wettbewerbsfähige Brennstoffzellentechnologie in Deutschland schaffen.
Im Forschungsvorhaben Thermelin haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für die Hausenergieversorgung ein Mikro-Blockheizkraftwerk (Mikro-BHKW) auf Basis einer SOFC-Brennstoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell) mit hohem elektrischen Wirkungsgrad von mindestens 50 Prozent entwickelt. Das Forscherteam hat die vorhandene Mikro-BHKW-Technologie im Vorhaben weiterentwickelt und in das Brennstoffzellenmodul einen Dampfreformer integriert. Mit der internen Dampfreformierung oxidiert das Erdgas direkt. Damit ist die SOFC-Brennstoffzelle effizienter als andere Brennstoffzellensysteme mit vorgeschalteter Reformierung. Basis für Thermelin war die Brennstoffzelle als Effizienztechnologie.
Kompakte, robuste, langlebige sowie kosten- und anwendungsgerechte Brennstoffzellensysteme sind das Ziel. Ihr Einsatz ist eng verknüpft mit Technologien zur Wasserstofferzeugung und -speicherung. Bei der Wasserstofferzeugung liegt der Fokus der Förderung vor allem auf der Umwandlungseffizienz. Im Hinblick auf die Wasserstoffspeicherung stehen die Erhöhung der Speicherdichte und die Kosten im Vordergrund.
Die Forschungsförderung des BMWi ist technologieoffen gestaltet, sodass je nach Nutzungsprofil die technischen Vorteile der Festoxid-Technologie (SOFC), Polymer-Elektrolyt-Technologie (PEMFC) und anderen Typen zum Einsatz kommen können. Das BMWi fördert Vorhaben zu Wasserstofftechnologien, zur Integration von Brennstoffzellen in das Energieversorgungssystem sowie übergreifende Aktivitäten: Im Statusseminar Brennstoffzelle diskutierten etwa Experten aus Forschung und Industrie 2017 über den kurz- und mittelfristigen Forschungsbedarf im Bereich Brennstoffzellentechnologie.
Die BMWi-Förderung von Forschung und Entwicklung der Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnologien ist eingebunden in das „Nationale Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien“ (NIP). Mit dem Regierungsprogramm NIP2, das von 2016 bis 2026 läuft, baut die Bundesregierung auf der erreichten Technologiereife und Marktverfügbarkeit erster Gerätegenerationen auf (siehe Kapitel 4.3).
BMBF-geförderte Projekte der Grundlagenforschung liefern Lösungen für die nächsten Technologiegenerationen. Die Förderung des BMBF deckt unter jeweils spezifischen Aspekten alle Typen von Brennstoffzellen ab. Im Bereich Wasserstofftechnologie verbessern BMBF-Projekte die Effizienz des Gesamtsystems unter anderem durch innovative Speichermaterialien oder durch Innovationen für die Wasserelektrolyse. Beispielsweise konnten im Projekt POWER-MEE erste Erfolge für eine Leistungserhöhung in der PEM-Elektrolyse durch druckbare Materialien im aktiven Herz der Elektrolysezelle erzielt werden. Das Clustervorhaben MANGAN untersucht das technische Potential von Mangan als Katalysator für die Teilprozesse der konventionellen Wasserspaltung. Das Element und seine Verbindungen sind gut verfügbar und kostengünstig, sodass teure Edelmetallkatalysatoren ersetzt werden könnten. Dies wäre ein entscheidender Schritt zum Erfolg des Speicherkonzepts Power-to-Gas. Um die Ergebnisse des Vorhabens gut zugänglich zur Verfügung zu stellen wird derzeit eine umfassende Datenbank der untersuchten Verbindungen aufgebaut.
Projektförderung
Im Schwerpunkt Brennstoffzellen und Wasserstoff haben das BMWi und das BMBF im Jahr 2017 156 laufende Vorhaben mit rund 26,5 Millionen Euro gefördert. 2017 haben die Ministerien zudem 48 Forschungsprojekte mit einem Fördermittelansatz von rund 32,23 Millionen Euro neu bewilligt (vgl. Abb.).