Forschung
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Energieträger Wasserstoff
Voraussetzung für die umweltfreundliche Wasserstofftechnologie ist die Erzeugung von „grünem“ Wasserstoff durch die Umwandlung von Wasser mithilfe von Wind- und Sonnenstrom. Elektrolyseure mit Polymer-Elektrolyt-Membran vertragen große Stromschwankungen und sind dafür ideal geeignet. Jülicher Forschende arbeiten daran, die Materialkosten zu reduzieren und die Lebensdauer weiter zu verlängern.
2050 will die EU klimaneutral sein. Bis 2030 sollen dafür die CO2-Emissionen um 55 Prozent gegenüber 1990 sinken. Zugleich gilt es, die Stromversorgung zu sichern und die Industrie wettbewerbsfähig zu halten. Jülicher Wissenschaftler:innen modellieren Szenarien, um herauszufinden, wie diese Ziele zu erreichen sind. Sie geben Empfehlungen für ein künftiges Energiesystem, das auf erneuerbare Energien baut, und entwickeln Technologien dafür.
Eine Schlüsselrolle spielt Wasserstoff: Er soll fossile Brennstoffe ersetzen, Energie speichern, Mobilität ermöglichen und als Grundstoff für die chemische Industrie dienen – effizient und kostengünstig. Und „grün“ soll er sein, also erzeugt mithilfe erneuerbarer Energien. Die Jülicher Forschung ist zu diesem Thema breit aufgestellt: von der Materialentwicklung für Elektrolyseanlagen, Brennstoffzellen und Solarmodule über die Untersuchung elektrochemischer Prozesse bis hin zu Transport, Speicherung und Nutzung des Wasserstoffs. Unverzichtbar sind Batterien als Energiespeicher. Jülicher Forschende optimieren etablierte Systeme und entwickeln neue Batterietypen. Auch bei der Erforschung von Technologien zur Speicherung von Stromüberschüssen in energiereichen Chemikalien („Power-to-X“), zum Beispiel zur Verwendung als Kraftstoff, wird in Jülich eine Wertschöpfungskette verfolgt.
Das Energiesystem gehört zu den wichtigsten menschlichen Einflüssen auf das Klima und die Atmosphäre – regional und weltweit. Wie genau sich diese Einflüsse auswirken, das erforschen Jülicher Wissenschaftler:innen, indem sie physikalische und chemische Prozesse der Atmosphäre untersuchen. Mit experimentellen Erkenntnissen sowie Computersimulationen entwickeln sie bestehende Klimamodelle weiter, wirken als Gutachter:innen und beraten Politik und Öffentlichkeit über notwendige Maßnahmen.
Das Bundesforschungsministerium hat das Leitprojekt H2-Giga initiiert, um die serienmäßige Herstellung von Elektrolyseanlagen voranzubringen. Diese Anlagen werden benötigt, um den künftigen deutschen Bedarf an nachhaltig erzeugtem Wasserstoff zu decken. Das Forschungszentrum Jülich erhält für seine Beiträge zu dem Projekt eine Förderung von insgesamt 96 Millionen Euro.
Auf der Oberfläche einer katalytisch wirkenden modellhaften Elektrode verdoppelt eine atomar dünne Schicht die Menge des Wassers, das in einer Elektrolyseanlage gespalten wird. Damit verdoppelt sich auch die Menge des produzierten Wasserstoffs, ohne dass der Energiebedarf steigt. Das berichten Forschende aus Jülich, Aachen, Stanford und Berkeley.
Erfreuliche Zwischenergebnisse präsentiert das Projekt H2 Atlas-Africa, das vom Jülicher Wissenschaftler Dr. Solomon Agbo koordiniert wird: Demnach stehen die Chancen gut, dass sich die 15 Staaten der westafrikanischen Wirtschaftsgemeinschaft ECOWAS langfristig als Erzeuger und Exporteure von nachhaltig produziertem Wasserstoff etablieren.
Jülicher Forschende haben entschlüsselt, durch welche chemischen Prozesse der größte Teil der Ameisensäure entsteht, die in der Atmosphäre vorhanden ist. Dank dieser Erkenntnis wird es möglich, Atmosphären- und Klimamodelle weiter zu verfeinern.
Ein nanostrukturiertes transparentes Material und ein neues Zelldesign ebnen den Weg für die Produktion von Silizium-Solarzellen mit mehr als 26 Prozent Wirkungsgrad.
Was nötig ist, damit Deutschland das erklärte Ziel erreicht, bis zum Jahr 2045 treibhausgasneutral zu werden – das haben Jülicher Systemforschende analysiert. Die Studie zeigt: Es müssen unverzüglich Maßnahmen in allen Sektoren – Energie, Verkehr, Gebäude, Industrie, Dienstleistungen – eingeleitet werden.
Mithilfe von Künstlicher Intelligenz haben Forschende aus Jülich, Köln und Norwegen herausgefunden, was die alltäglichen Frequenzabweichungen in verschiedenen Stromnetzen verursacht. Solche Schwankungen sind mit Risiken für die Betreiber und Kosten für die Verbraucher verbunden.
In einer Studie zeigen Wissenschaftler:innen des Helmholtz-Instituts Münster, einer Außenstelle des Forschungszentrums Jülich: Das Potenzial der gängigen Lithium-Ionen-Batterie ist noch nicht ausgeschöpft.
FOTOS: Forschungszentrum Jülich/Sascha Kreklau, Forschungszentrum Jülich/Ralf- Uwe-Limbach
