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Polymerelektrolytmembran-basierte Stack-Kombination bei der Charakterisierung im Elektrolyseteststand.

Wasserstoff ist ein wesentlicher Baustein der Energiewende

Beiträge des Forschungszentrums Jülich zum Thema Wasserstoff

Die Energiewende gehört zu den großen Herausforderungen der Gesellschaft: Deutschland und die Europäische Union streben an, bis zum Jahr 2050 klimaneutral zu werden. Dabei soll die Bevölkerung sicher mit Energie versorgt werden und die Industrie wettbewerbsfähig bleiben. Eine Schlüsselrolle spielen dabei Wasserstofftechnologien: Sie müssen entwickelt und in großem Maßstab marktgängig gemacht werden.

Vom Detail bis zum großen Ganzen

Warum Wasserstoff für die Energiewende so wichtig ist, wird schnell klar, wenn man auf die Aufgaben blickt, die er übernehmen soll. Wasserstoff soll die fossilen Brennstoffe großflächig ersetzen, als Speicher für erneuerbare Energien dienen, Mobilität ermöglichen und die verschiedenen Energiesektoren miteinander koppeln - und das alles möglichst effizient und kostengünstig.

Die Erwartungen sind also hoch. Entsprechend breit ist die Jülicher Forschung zu diesem Thema aufgestellt. Ihre Spannbreite deckt die gesamte Wertschöpfungskette ab. Sie reicht von den Grundlagen bis zur Anwendung und von der Herstellung über den Transport bis zur Nutzung. Auch die Frage nach den gesellschaftlichen wie wirtschaftlichen Auswirkungen einer so tiefgreifenden Umwälzung des Energiesystems wird untersucht. Unter den vielfältigen Ansätzen finden sich Projekte zur künstlichen Photosynthese, zur Umwandlung des Treibhausgases Kohlendioxid in „grünes Synthesegas“ oder zur Nutzung einer „flüssigen Pfandflasche“ für Wasserstoff. Und in einem groß angelegten Praxistest wird der gesamte Forschungscampus selbst zu einem Reallabor für die Energiewende.

Das ganze Spektrum: H2-Forschung in Jülich


H2-Produktion

H2-Produktion

Wissenschaftler des Forschungszentrums arbeiten daran, etablierte Verfahren zur Produktion von Wasserstoff, wie beispielsweise die Elektrolyse, kostengünstiger und nachhaltiger zu machen.

Speicherung

H2-Transport

Um kurzfristig als Energieträger verfügbar zu sein, muss Wasserstoff sicher gespeichert und zuverlässig transportiert werden können. Das kann in unterirdischen Speichern geschehen, im bereits vorhandenen Erdgasnetz, oder mithilfe neuer Technologien – wie die LOHC-Technologie, die von Wissenschaftlern des Forschungszentrums entwickelt wurde.

Zukünftige Nutzung

Anwendungsbeispiel rSOC

Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff in elektrische Energie um und sind für die zahlreiche Anwendungen interessant, etwa für den Antrieb von Lastwagen, Schiffen und PKW, für Blockheizkraftwerke oder die Stromversorgung netzferner Geräte. Wissenschaftler des Forschungszentrums arbeiten daran, den Wirkungsgrad, die Langlebigkeit und die Leistungsfähigkeit von Brennstoffzellen zu verbessern.

Energiestudie Szenario 95

Systemanalyse: Das Energiesystem der Zukunft

Entscheidungen in der Energiewirtschaft, der Energiepolitik und der Forschungsförderung wirken sich über lange Zeiträume hinweg aus. Um die Chancen und Risiken neuer Technologien frühzeitig zu erkennen, modellieren Jülicher Systemanalytiker daher künftige Infrastrukturen – und binden dabei Wasserstofftechnologien ein.Weitere Informationen

Living Lab Energy Campus

Ausblick: Innovationskraft künftig weiter stärken

Das Forschungszentrum Jülich will künftig seine Rolle bei Innovationsprozessen insbesondere in Hinsicht auf den Strukturwandel in der Region stärken. Beispiele dafür sind die Innovationsplattform iNEW und der Living Lab Energy Campus.
Weitere Informationen

Personen

Prof. Olivier Guillon

Prof. Olivier Guillon

Prof. Olivier Guillon ist Direktor des Instituts für Energie- und Klimaforschung - Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren am Forschungszentrum Jülich (IEK-1). Der Materialwissenschaftler beschäftigt sich unter anderem mit der Entwicklung von Festoxid-Brennstoffzellen und hat einen Lehrstuhl für Werkstoffsynthese der Energietechnik an der RWTH Aachen inne.

Prof. Detlef Stolgen

Prof. Detlef Stolten

Prof. Detlef Stolten leitet das Institut für Energie- und Klimaforschung – Techno-ökonomische Systemanalyse im Forschungszentrum Jülich (IEK-3). Seit 2010 beschäftigt er sich intensiv mit der Transformation des Energiesystems unter technisch-ökonomischen Gesichtspunkten. Besondere Bedeutung kommt hierbei der Sektorkopplung einschließlich der Modellierung von Gas- und Stromnetzen, der Einspeisung erneuerbarer Energie, dem Energiebedarf des Transportsektors und der Speicherung mittels Wasserstoff, Methan, LOHC sowie weiterer Optionen und der Wasserstoffproduktion aus erneuerbarer Energie durch Elektrolyse zu.

Prof. Rüdiger Eichel

Prof. Rüdiger Eichel

Prof. Rüdiger-A. Eichel leitet das Institut für Energie- und Klimaforschung, Grundlagen der Elektrochemie (IEK-9) und ist Gründungsdirektor des Kompetenzzentrums Nachhaltige Elektrochemische Verfahrenstechnik (ELECTRA). Hier erforschen der Physiker und sein Team neuartige Energiespeicher und Energiewandler. Ihr Ziel ist es, Batterien, Brennstoffzellen und Elektrolyseure effektiver, bezahlbarer, langlebiger und sicherer zu machen. Eichel ist Koordinator des Kopernikus-Projektes Power-to-X und Leiter des Strukturwandel-Projektes iNEW.

Prof. Dr. Peter Wasserscheid

Prof. Peter Wasserscheid

Prof. Peter Wasserscheid hat einen Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg inne und ist Direktor des Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg, einer Außenstelle des Forschungszentrums Jülich. Der vielfach ausgezeichnete Wissenschaftler erforscht und entwickelt Lösungen für eine klimaneutrale, nachhaltige und kostengünstige Nutzbarmachung erneuerbarer Energien. So beschäftigt er sich unter anderem mit Möglichkeiten, Wasserstoff chemisch zu speichern und zu transportieren. Der Preisträger des Gottfried Wilhelm Leibniz-Preises hat 2010 einen ERC Advanced Investigator Grant erhalten.

Prof. Ralf Peters

Prof. Ralf Peters

Prof. Ralf Peters ist kommissarischer Leiter des Instituts für Energie- und Klimaforschung – Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-14). Er ist Professor an der Fachhochschule Aachen mit dem Lehrgebiet Energieverfahrenstechnik und Leiter der Abteilung Kraftstoffsynthese und Systemtechnik des IEK-14. Seit 1996 beschäftigt er sich intensiv mit verfahrenstechnischen Fragestellungen zur Synthese von zukünftigen Kraftstoffen und zur Wasserstoffbereitstellung für Brennstoffzellensysteme aus flüssigen Energieträgern. Schwerpunkte sind die Prozessanalyse und -entwicklung, die heterogene Katalyse, die Entwicklung von technischen Reaktoren und die Systemtechnik.

Dr. Marcelo Carmo

Dr. Marcelo Carmo

Dr. Marcelo Carmo ist kommissarischer Leiter des Instituts für Energie- und Klimaforschung – Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-14). Er ist Operating Agent für die International Energy Agency, TCP-AFC Electrolysis Annex 30, und Leiter der Abteilung Elektrochemie-Elektrolyse des IEK-14. Das IEK-14 untersucht Elektrolysetechnologie auf unterschiedlichen Entwicklungsstufen und Systemgrößen. Dazu gehören Forschung und Entwicklung an der alkalischen Elektrolyse, der PEM Elektrolyse und der AEM Elektrolyse. Im Mittelpunkt aller Aktivitäten stehen die Effizienzsteigerung, Kosten-Reduktion, und die Verbesserung der Langzeitstabilität der eingesetzten neuartigen Nanostrukturen, Materialien, Dunstschichten, und Zelle/Stack-Komponenten.

Prof. Christian Linsmeier

Prof. Christian Linsmeier

Prof. Christian Linsmeier ist Direktor des Instituts für Energie- und Klimaforschung – Plasmaphysik am Forschungszentrum Jülich (IEK-4). Ein Schwerpunkt der Arbeiten ist die Wechselwirkung von Wasserstoff-Plasmen mit Festkörper, sowie die Erforschung der Prozesse bei der Aufnahme, Transport und Freisetzung von Wasserstoff in Materialien. Er hat einen Lehrstuhl für Plasma-Material-Wechselwirkung und Oberflächenprozesse in Fusionsanlagen an der Fakultät für Physik und Astronomie der Ruhr-Universität Bochum inne.

Dr.-Ing. Martin Müller

Dr.-Ing. Martin Müller

Dr.-Ing. Martin Müller leitet seit 2012 die Abteilung „Verfahrenstechnik Elektrolyse“ des Instituts für Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-14) und ist außerdem Leiter des Teams „Hydrogen“ des LLEC, für den institutsübergreifenden Aufbau von Wasserstoff-Test- und Infrastrukturen am Campus. Seine Forschungsschwerpunkte liegen in der elektrochemischen Energietechnik, Schwerpunkt Wasserelektrolyse. Außerdem verfügt er über umfangreiche Erfahrungen in der Entwicklung von Direktmethanol-Brennstoffzelle. Dr. Müller ist aktives Mitglied im Arbeitskreis „Elektrolyse“ der Internationalen Energieagentur (IEA).

Dr. Remzi Can Samsun

Dr. Remzi Can Samsun

Dr. Remzi Can Samsun leitet die Gruppe Reaktoren und Systeme am Institut für Energie und Klimaforschung – Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-14). Er und sein Team erforschen mithilfe von Simulationen und experimentellen Untersuchungen innovative Reaktorkonzepte und effiziente Systemauslegungen, um aus Kohlendioxid und grünem Wasserstoff synthetische Kraftstoffe herzustellen oder mit Brennstoffzellensystemen emissionsarm Strom zu produzieren. Dr. Samsun ist Themensprecher für Brennstoffzellentechnologien am IEK-14 und ist stellvertretender Delegierter für Deutschland im Exekutivkomitee des IEA Advanced Fuel Cells TCP.

Prof. Bernhard Unterberg

Prof. Bernhard Unterberg

Prof. Dr. Bernhard Unterberg ist stv. Institutsleiter am IEK-4 und koordiniert die Arbeiten zur Plasma-Material- Wechselwirkung mit linearen Plasmaanlagen am Forschungszentrum Jülich. Seine Forschungsschwerpunkte sind die Rückhaltung von Wasserstoff in Wandmaterialien für die Fusion sowie dessen Nachweis in Plasmaanlagen und in Laborexperimenten mit Hilfe von Ionenstrahlanalytik, Photoelektronenspektroskopie und laserbasierter Oberflächenanalyse. Weiterhin erforscht er die plasmabasierte Aktivierung von Molekülen (CO2 und perspektivisch anderer Gasgemische, auch zur Wasserstofferzeugung) in Verbindung mit katalytischen Effekten an Oberflächen von Plasmareaktoren.
Er ist Professor für Fusionsforschung an der Ruhr-Universität Bochum.

Dr. Sebastijan Brezinsek

Dr. Sebastijan Brezinsek

Dr. Brezinsek ist Projektleiter im IEK-4 am Forschungszentrum Jülich sowie Projektleiter für Plasma-Wand-Wechselwirkung im EU-geförderten EUROfusion Konsortium. Ein Schwerpunkt seiner Arbeiten liegt in der Bestimmung des Wasserstoffinventars in Metallen und Graphit mittels laser-basierenden Analysemethoden unter Nutzung von Desorptions- und Ablationsprozessen. Dr. Brezinsek ist Dozent an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf am Institut für Laser- und Plasmaphysik. Er erhielt den IAEA Nuclear Fusion Preis 2016 für seine Arbeiten über die Wasserstoffisotoprückhaltung im europäischen Tokamak JET und die Extrapolation zu ITER.

Zusatzinformationen


H2-Atlas

Kompetenzatlas Wasserstoff

Rund 600 Mitarbeiter an zehn Helmholtz-Zentren forschen an den Wasserstofftechnologien der Zukunft. Der Kompetenzatlas Wasserstoff fasst die umfangreichen Forschungs aktivitäten zusammen.

    

Vom Klimakiller zum Rohstoff - Was aus CO2 alles werden kann

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Grüner Wasserstoff: Chance für nachhaltige Mobilität und Energie

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