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Grüner Wasserstoff ist bisher teuer und an Stromnetze gebunden. Ein Karlsruher Forscherteam will das ändern. Die KIT-Ausgründung photreon hat ein Solarpanel entwickelt, das Wasser allein mit Sonnenlicht spaltet und dabei komplett auf Elektrolyseure verzichtet. Ein erster Prototyp läuft bereits.
Grüner Wasserstoff gilt als Schlüssel für die klimafreundliche Transformation von Industrie und Energiesystemen. Bisher ist die Herstellung jedoch oft teuer, komplex und an feste Netzinfrastrukturen gebunden. Das Ausgründungsprojekt photreon vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) möchte diese Abhängigkeiten auflösen.
Die Forscher haben spezielle Photoreaktorpanels entwickelt, die Wasserstoff allein aus Sonnenlicht und Wasser produzieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden benötigt das System laut KIT keine Elektrolyseure und verbraucht keine externe elektrische Energie.
Paul Kant vom Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) des KIT dazu: „Wir überspringen den Umweg über stromgebundene Elektrolyse und produzieren chemische Energie aus Sonne und Wasser“.
Hinter der Technik steckt das Prinzip der Photokatalyse, bei der Licht direkt eine chemische Reaktion auslöst, statt zunächst Strom zu erzeugen. Speziell entwickelte, lichtaktive Materialien nehmen die Energie der Sonnenstrahlung auf. Dabei versetzt das Licht Elektronen unmittelbar in einen hochenergetischen, angeregten Zustand.
Diese Ladungsträger treiben aktiv die Spaltung von Wasser (H2O) in Wasserstoff und Sauerstoff an. Laut Mitgründerin Maren Cordts ersetzt das Panel die Photovoltaik und den Elektrolyseur in einem einzigen Prozessschritt. Dieser integrierte Ansatz soll die Systemkomplexität und die Kosten für grünen Wasserstoff deutlich senken.
Das Projekt nutzt ein vom KIT zum Patent angemeldetes Design der Reaktorgeometrie. Die Geometrie sorgt dafür, dass das Licht den Photokatalysator effizient erreicht und die chemische Reaktion antreibt. Erst durch diese Führung kann die chemische Wasserspaltung effizient vollzogen werden.
Für eine hohe Effizienz müssen Lichttransport, Reaktion und der Abtransport der Produkte perfekt ineinandergreifen. Die Forscher legten die Geometrie des Reaktors exakt auf diese Anforderungen aus. Ein Prototyp bewies die erfolgreiche Wasserstoffproduktion bereits im Ein-Quadratmeter-Maßstab.
Die Panels bestehen aus kostengünstigen Materialien, um eine spätere Massenproduktion zu ermöglichen. Dank des modularen Ansatzes lassen sie sich zu größeren Flächen verschalten. So könnten künftig sowohl kleine Dachanlagen als auch riesige Wasserstoffsolarparks entstehen.
Viele Unternehmen scheiterten bisher oft an den hohen Kosten oder der komplizierten Logistik bei der Wasserstoffversorgung. Firmen aus der Spezialchemie, der Lebensmittelindustrie oder der Metallverarbeitung könnten ihren Bedarf mit der neuen Technik künftig direkt am eigenen Fabrikstandort decken.
Maren Cordts vom IMVT dazu: „Gerade dort, wo weder Stromnetze noch eine Anbindung an ein Wasserstoffnetz vorhanden sind, eröffnet unsere Technologie neue Spielräume für die lokale Erzeugung.“ Laut den Entwicklern von photreon wäre zudem eine industrielle Erzeugung in sonnenreichen Regionen für den internationalen Markt denkbar.
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Eine Ausgründung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) arbeitet an einer neuen Technologie zur Herstellung von grünem Wasserstoff. Dieser soll ohne Elektrolyseur direkt in einem Solarmodul produziert werden. (Weiter lesen)Der Beitrag Wasserstoff-Faktencheck: Wo sich der Einsatz lohnt – und wo nicht erschien zuerst beim Online-Magazin BASIC thinking. Über unseren Newsletter UPDATE startest du jeden Morgen bestens informiert in den Tag.
Wasserstoff gilt als Hoffnungsträger der Energiewende. Doch wie realistisch sind die Erwartungen? Das Fraunhofer ISI hat über 100 Quellen ausgewertet und einen Faktencheck veröffentlicht, der die wichtigsten Mythen aufdröselt und Tatsachen zusammenfasst.
Die öffentliche Wasserstoff-Debatte weckt oft enorme Erwartungen. Doch die technologische und wirtschaftliche Realität hinkt den politischen Ambitionen hinterher. Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) hat in einem Meta-Faktencheck über 100 Quellen ausgewertet, um Klarheit zu schaffen. Das Papier liefert damit eine sachliche Basis für die hitzige Debatte.
Experten bezeichnen Wasserstoff aufgrund seiner Kostbarkeit und des hohen Produktionsaufwands häufig als „Champagner unter den Energieträgern“. Die Fraunhofer-Studie empfiehlt deshalb einen gezielten Einsatz dort, wo keine effizienteren Alternativen existieren. Stadtplaner und Behörden planen für den Pkw-Bereich oder den Gebäudesektor überwiegend keinen flächendeckenden Infrastrukturausbau. Dort erweist sich die direkte Elektrifizierung meist als effizienter und kostengünstiger.
Die Stahlindustrie dient laut Fraunhofer ISI als zentrale Leitanwendung für den Markthochlauf. Hersteller testen bereits in Pilotanlagen die wasserstoffbasierte Direktreduktion von Eisen. Für die Produktion von einer Tonne Stahl benötigt man dabei etwa 47 bis 68 Kilogramm Wasserstoff. Die International Energy Agency (IEA) rechnet ab Mitte der 2030er Jahre mit einem großtechnischen Einsatz dieses Verfahrens.
Ohne gewaltige Mengen an zusätzlichem Ökostrom lässt sich der industrielle Wandel jedoch kaum realisieren. Allein Deutschland müsste bis zum Jahr 2030 etwa 160 Terawattstunden mehr Grünstrom bereitstellen. Ohne diese Kapazitäten lässt sich Wasserstoff nicht vollständig regenerativ produzieren. Es besteht damit eine deutliche Diskrepanz zwischen den ambitionierten Ausbauzielen und der aktuellen Verfügbarkeit.
Derzeit bleibt grüner Wasserstoff teuer und kostet voraussichtlich bis 2030 mindestens doppelt so viel wie Erdgas. Doch technologische Lernkurven könnten die Preise künftig drücken. Die IEA erwartet beispielsweise, dass die Kosten für die Herstellung aus erneuerbarem Strom bis zum Jahr 2030 um rund 30 Prozent sinken könnten.
Heimische Quellen werden den deutschen Bedarf laut Experten aber kaum allein decken können. Schätzungen gehen davon aus, dass internationale Partnerschaften langfristig bis zu 80 Prozent des Bedarfs liefern müssten. Experten beziffern den Importanteil für das Jahr 2030 auf bis zu 74 Prozent. Das erfordert den Aufbau robuster und geopolitisch resilienter Lieferketten.
Ein spezialisiertes Pipelinenetz soll das Rückgrat der künftigen Wasserstoffwirtschaft bilden. Das geplante Kernnetz in Deutschland könnte bis 2032 eine Länge von etwa 9.040 Kilometern erreichen. Rund 60 Prozent davon entstehen durch die Umstellung bestehender Erdgasleitungen. Für die saisonale Speicherung gelten unterirdische Salzkavernen als einzig praktikable Lösung im industriellen Maßstab.
Der globale Wasserbedarf für die Elektrolyse erscheint im makroskopischen Maßstab handhabbar. Er macht weltweit weniger als drei Prozent des Bedarfs der Nahrungsmittelproduktion aus. Die Herstellung von Wasserstoff verbraucht damit deutlich weniger Wasser als die heutige Förderung fossiler Energieträger. An trockenen Standorten könnte die Wasserknappheit jedoch Genehmigungen verzögern.
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