Grüner Wasserstoff gilt als zentraler Baustein für die Dekarbonisierung energieintensiver Industrien. Doch hohe Kosten, begrenzte Effizienz und Schwierigkeiten bei der industriellen Skalierung bremsen den Hochlauf.
Forschende des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) haben jetzt einen Hochtemperaturelektrolyse-Stack entwickelt, der Wasserstoff mit bislang unerreichter Effizienz erzeuge, wie das Institut mitteilte. Der Stack ist das Kernstück eines Elektrolyseurs.
Der neue Stack könne auch als Brennstoffzelle genutzt werden, das heißt Strom erzeugen, und sei für die industrielle Serienfertigung ausgelegt. Die drei Forschenden Mihails Kusnezoff, Stefan Megel und Sindy Mosch würden daran seit mehr als zwei Jahrzehnten forschen und wurden dafür jetzt mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2026 ausgezeichnet.
Mit Abwärme teuren Strom sparen
Bei der Hochtemperaturelektrolyse wird Wasserdampf bei Temperaturen von bis zu 850 Grad Celsius in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Ein Vorteil: Industrielle Abwärme lasse sich dabei direkt in den Prozess einbinden. "Das spart teuren Strom, beschleunigt die elektrochemischen Reaktionen und optimiert so den Wirkungsgrad", schreibt das Fraunhofer IKTS.
Wie die Forschenden betonen, arbeite der Stack stabil in einem Temperaturfenster von 750 bis 850 Grad Celsius. Demnach entwickelten sie neue Materialien für Elektroden und Elektrolyte sowie optimierte Mikrostrukturen innerhalb der Zellen.
Erst das Zusammenspiel dieser Komponenten habe eine Konstruktion ermöglicht, die sowohl den Anforderungen der Elektrolyse als auch dem Brennstoffzellenbetrieb dauerhaft standhält.
Ausgangsstoffe für die Chemieindustrie
Über die Wasserstoffproduktion hinaus eröffne die Technologie weitere Perspektiven. So ließen sich nicht nur Wasserdampf, sondern auch Kohlendioxid elektrochemisch umwandeln. Dabei entstehe Synthesegas, ein wichtiger Ausgangsstoff für die chemische Industrie.
Gleichzeitig könnten im Brennstoffzellenmodus verschiedene Energieträger wie Erdgas, Biogas, Methanol, Ethanol oder grünes Ammoniak zur Stromerzeugung genutzt werden.
Ein weiterer Schwerpunkt der Forschung lag auf der industriellen Umsetzbarkeit. Die Forschenden entwickelten Fertigungsverfahren, die eine wirtschaftliche Serienproduktion ermöglichen.
Gemeinsam mit dem Industriepartner Thyssenkrupp Nucera wurde am Standort Arnstadt (Thüringen) innerhalb von 14 Monaten eine teilautomatisierte Pilotfertigung aufgebaut. Sie solle als Grundlage für die weitere Skalierung bis hin zu Fabriken im Gigawatt-Maßstab dienen.
