Bosch Research bahnt den Weg für Wasserstofftechnologien
Wasserstoff: Schlüsselelement für den Klimaschutz
Erdgas, Öl und Kohle haben im Energiesystem der Zukunft keinen Platz. Sie müssen durch CO₂-neutrale Alternativen ersetzt werden. Diese Aufgabe übernimmt vielfach grüner Wasserstoff. Sofern sichergestellt wird, dass kein reiner Wasserstoff in die Atmosphäre entweicht, entstehen beim Einsatz keine Treibhausgas-Emissionen, da die enthaltene Energie aus erneuerbaren Quellen stammt – der Wasserstoff wird per Elektrolyse mit grünem Strom produziert. Damit wird der Energieträger zum chemischen Speicher für Wind- oder Solarenergie. Gebunden in Wasserstoff lassen sich die erneuerbaren Energien zudem über weite Strecken transportieren. All das macht Wasserstoff zum Schlüsselelement für den Klimaschutz. Bosch Research erforscht und entwickelt dafür die notwendigen Wasserstofftechnologien – mit zwei Schwerpunkten:
- der Erforschung der Herstellung von Wasserstoff per Elektrolyse,
- der Weiterentwicklung der mobilen Brennstoffzelle für Anwendungen im Pkw- und Nutzfahrzeugbereich
Grünen Wasserstoff herstellen: Forschung an der Elektrolyse
Bei der Wasserelektrolyse wird unter Aufwendung von Strom das zugeführte Wasser in seine Komponenten Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Ein Elektrolyt zwischen der Wasserstoff- und Sauerstoffseite trennt die Gase und ermöglicht den zur Reaktion erforderlichen Ionenaustausch. Es gibt unterschiedliche Arten von Elektrolyten, also flüssige oder feste Stoffe mit Ionenleitfähigkeit, nach welchen die Systeme klassifiziert werden: protonenleitende Membrane (PEM), anionenleitende Membrane (AEM), alkalische Elektrolyse (AEL) sowie Feststoffelektrolyte (engl.: Solid Oxid Electrolyzer Cell, SOEC). Um kompakte Anlagen zu bauen und im Elektrizitätssystem übliche Spannungen einzusetzen, werden einige hundert Zellen durch Übereinanderlegen zu einem sogenannten Stack kombiniert. Der Stack wird mit zusätzlichen Komponenten in einem Gesamtsystem betrieben.
Bosch Research forscht bereits seit 2012 im Bereich der Elektrolyse. Aufgrund der großen Relevanz der Technologie für den Klimaschutz hat Bosch 2022 entschieden, in die Produktentwicklung für die Wasserstoff-Elektrolyse einzusteigen, und dazu ein neues Geschäftsfeld gegründet. Bosch fokussiert sich zunächst auf die Entwicklung eines 1,25 MW PEM-Elektrolyse-Stacks. Parallel läuft die Entwicklung eines „Smart Electrolysis Module“, das den PEM-Elektrolyse-Stack mit Steuergerät, Leistungselektronik und Sensoren kombiniert.
Bei der Entwicklung wird Bosch mit Partnern zusammenarbeiten und zunächst den PEM-Elektrolyse-Stack und nachgelagert das Smart Electrolysis Module an Hersteller von Großanlagen zur Wasserstofferzeugung sowie Industrie-Dienstleister liefern. Die Ergebnisse der Bosch-Forschung an der Elektrolyse haben diesen Markteinstieg vorbereitet und begleiten laufend die Entwicklung und Produktion der Komponenten.
Brennstoffzellen für klimaneutrale Mobilität
Neben dem Herstellen von Wasserstoff per Elektrolyse richtet Bosch Research den Fokus auch auf dessen Verwendung: Wir forschen zu Brennstoffzellen für den mobilen Einsatz. Sie sind ein wichtiger Baustein für die Energiewende und der effizienteste Ansatz, die im Wasserstoff gebundene erneuerbare Energie wieder in Strom zurückzuwandeln. In der Mobilität sind sie deshalb von großer Bedeutung. Wegen der im Vergleich zu Batterien hohen Energiedichte des Wasserstoffs sichern sie Elektrofahrzeugen große Reichweiten – bei kurzen Tankzeiten. Der Vorteil: Bosch kann sämtliche Komponenten des Brennstoffzellensystems selbst herstellen, vom Herzstück – dem Stack – über den Luftverdichter bis hin zum Steuergerät. Damit ist sowohl Hardware- als auch Softwarekompetenz bei Bosch in vollem Umfang vorhanden. Das gibt uns in der Forschung zahlreiche Ansatzpunkte für innovative Ideen. Ein Forschungsschwerpunkt ist eine ganzheitlich optimierte Auslegung und Betriebsstrategie unter Berücksichtigung der vielfältigen System-Wechselwirkungen. Eine der großen Herausforderungen besteht darin, die Brennstoffzellensysteme so klein wie möglich zu machen und dabei flexibel für verschiedene zukünftige Anwendungen und technologische Weiterentwicklungen zu bleiben.
Ein weiterer Schwerpunkt der Forschung liegt auf den Brennstoffzellen selbst. Hierbei geht es vorrangig um die Forschung an neuen, zukunftsfähigen Materialien zur Optimierung der Leistung, Lebensdauer und Kosten der Brennstoffzelle.
