Wasserstoff, E-Fuels und Anwendungen
Chemische Energieträger, insbesondere Wasserstoff und wasserstoffbasierte synthetische Kraftstoffe, werden im Energiesystem einer nachhaltigen und klimaneutralen Industriegesellschaft eine zentrale Rolle spielen.
Der EnCN forscht an innovativen Technologien der Wasserstofferzeugung, -speicherung und -logistik. Sie demonstrieren in Kooperationsprojekten, wie Wasserstoff gewinnbringend in Industrieprojekten eingesetzt werden kann.
Beispiele aus unserer Forschung
Prof. Dr. Reinhard German, Lehrstuhl Informatik 7 (Rechnernetze und Kommunikationssysteme), FAU
Tätigkeitsfelder – unser Fokus im Wasserstoff-Ökosystem
Sektorgekoppelte Energiesystem-Simulation: Entwicklung hochaufgelöster Modelle, die Strom-, Wärme-, Gas- und Mobilitätssektor einschließlich H₂-Infrastruktur gemeinsam abbilden.
Digitale Zwillinge & Szenarioanalyse: Aufbau von Web-Simulationstools für Kommunen, Versorger und Netzbetreiber, um H₂-Maßnahmen zu bewerten.
Techno-ökonomische Bewertung: Simulationsgestütztes Kosten-, Emissions- und Netzbelastungs-Controlling für Elektrolyse, Speicherung, Logistik und Endanwendungen.
Datenbasierte Auslegung: Entwicklung von Simulationsmodellen zur Auslegung von H₂-Ketten und Flexibilitätsoptionen.
Prof. Dr. Maik Eichelbaum, Professur für Analytische Chemie, Ohm
Unser Forschungsschwerpunkt liegt im Bereich der Entwicklung analytischer Methoden, um die reversible und irreversible Alterung elektrochemischer Systeme bzw. einzelner Komponenten zu verstehen. Wir nutzen hierbei vor allem Röntgenfluoreszenzmikroskopie (μ-XRF), elektrochemische Rastersondenmikroskopie (SECM) und elektrische Impedanztomographie (EIT) als bildgebende Methoden sowie Optische Emissionsspektrometrie (ICP-OES), Ionenchromatographie (IC) und Voltammetrie, ggf. in Verbindung mit Mikrowellen- und UV-Aufschlüssen, für die Elementanalytik. Die Degradation der elektrochemischen Zellen wird durch anwendungsspezifische beschleunigte Alterungstests im Labormaßstab untersucht und mit Ergebnissen aus Feldversuchen verglichen.
Prof. Dr. Frauke Liers, Professur für Diskrete Optimierung in den Ingenieurwissenschaften, FAU
Wasserstoff kann große Energiemengen speichern, bereitstellen und lässt sich – ähnlich wie Erdgas – über Pipelines transportieren. Die Transformation zu einer effizienten Wasserstoff- und Gasversorgung bringt jedoch vielfältige Herausforderungen mit sich: beim Transport, in der Netztechnik, unter marktregulatorischen Bedingungen und in der Kopplung mit anderen Energieträgern. Unsere Forschungsgruppe beschäftigt sich mit zentralen Optimierungsfragestellungen, insbesondere der Modellierung und Optimierung von Strom- und Gasnetzen unter Unsicherheit. Dabei kommen nichtlineare Modelle für die physikalischen Prozesse sowie datengetriebene Methoden zum Einsatz. Im von der DFG geförderten Sonderforschungs-bereich SFB/TRR 154 entwickeln wir im Teilprojekt B06 robuste, praktisch effiziente Lösungsverfahren – etwa für den Gastransport –, die auch unter unsicheren Bedarfsverteilungen zuverlässig funktionieren. Ziel ist eine mathematisch fundierte und kosteneffiziente Transformation bestehender Infrastrukturen hin zu Wasserstoffnetzwerken.
Prof. Dr.-Ing. Martin März, Lehrstuhl für Leistungselektronik, FAU
Wir unterstützen Sie mit Knowhow, Entwicklungsleistungen und Lösungen auf den Gebieten:
• Leistungselektronik zur Effizienzsteigerung von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen
• Kryogen gekühlte Energienetzkomponenten mit hoher Leistungsdichte (Leistungselektronik, Antriebe)
• Zustandsdiagnose mittels Impedanzspektroskopie (Elektrolyseure, Brennstoffzellen, Energienetze)
• Modellierung und Stabilitätsanalyse dezentraler Energienetze
• Mechatronische Integration von Brennstoffzellen und Hilfsaggregaten
Prof. Dr. Florian Uhrig, Professur für Wasserstoffsysteme, Ohm
Tätigkeitsfelder - unser Fokus im Bereich Wasserstoff:
• Energiespeicherung und Sektorenkopplung durch Wasserstofftechnologien
• Innovative Wasserstoffsysteme
• Lebenszyklusanalyse (LCA) für elektrochemische Speichertechnologien
Prof. Dr.-Ing. Ulrich Ulmer, Institut H2Ohm für angewandte Wasserstoffforschung, Ohm
In der Forschungsgruppe „Wasserstoffinfrastruktur“ werden neue Technologien zur Erzeugung, Speicherung, Transport und Umwandlung von Wasserstoff entwickelt. Ein breites Themenspektrum wird innerhalb der Gruppe bearbeitet:
- Entwicklung von neuen Elektrolyseverfahren, um grünen Wasserstoff effizienter und günstiger herstellen zu können als dies im Vergleich zum Stand der Technik aktuell möglich ist;
- Innovative Technologien für die chemische Speicherung von Wasserstoff, wie z.B. die Speicherung in Feststoffen wie Metallhydriden;
- Nutzung von Wasserstoff in Brennstoffzellen, vor allem für stationäre Anwendungen in Siedlungen und Quartieren;
- Umwandlung von CO2 und Wasserstoff in erneuerbare Chemikalien wie Methanol oder eFuels mittels Lichtenergie (künstliche Photosynthese);
- Wärmeintegration von Wasserstoffanlagen;
Systemanalysen, Planung und Durchführung von Umsetzungsprojekten für den Aufbau von Wasserstoffinfrastruktur.
Prof. Dr. Roswitha Zeis, Professur für Elektrische Wasserstoffsysteme, FAU
Die höheren Betriebstemperaturen von Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzellen bieten mehrere Vorteile: Dazu gehören eine erhöhte Toleranz gegenüber Verunreinigungen im Wasserstoff und eine einfachere Kühlung. Die elektrochemische Wasserstoffpumpe reinigt und komprimiert Wasserstoff in einem einzigen Prozessschritt. Das Ziel besteht darin, die Leistung, Effizienz und Lebensdauer durch eine gezielte Materialauswahl, Konstruktionsänderungen und eine optimierte Betriebsführung zu verbessern. Getestet werden beispielsweise Bindermaterialien, die bei höheren Temperaturen stabil sind und eine hohe Protonenleitfähigkeit aufweisen, sowie Katalysatoren, welche die Säureverteilung in der Zelle optimieren. Dabei werden neuartige Charakterisierungsmethoden entwickelt, die speziell an diesen besonderen Zelltyp angepasst werden.