Ein Grundproblem der Energiewende besteht darin, dass sich der Bedarf und die Erzeugung von erneuerbaren Energien nicht ausreichend decken – weder zeitlich noch örtlich. So lässt sich Elektrizität zwar umweltfreundlich erzeugen, etwa durch Umwandlung von Wind-, Wasser- oder Sonnenenergie. Die so gewonnene elektrische Energie wird jedoch meist nicht an Ort und Stelle benötigt. Zudem muss die Energie dort, wo sie erforderlich ist, zuverlässig und unabhängig von äußeren Faktoren zur Verfügung stehen.

Es ist also unabdingbar, Energie zu speichern, sie zu transportieren und dann andernorts wieder freizusetzen. Als ein solcher Speicher bietet sich Wasserstoff an. Mit Hilfe von elektrischem Strom lässt sich Wasser durch Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten. Stammt der Strom für die Elektrolyse aus erneuerbaren Energien spricht man von „grünem“ Wasserstoff. Der so gewonnene Wasserstoff kann nun gespeichert und verteilt werden. Im umgekehrten Prozess, beispielsweise in einer Brennstoffzelle, lässt man den gespeicherten Wasserstoff mit Sauerstoff reagieren, um die im Wasserstoff gespeicherte Energie wieder in elektrischen Strom zu wandeln.

Neue Generation von Wissenschaftler:innen ausbilden

Im Rahmen von „Unite!Energy“ werden zwölf Promovierende aus den Unite!-Universitäten gemeinsam mit Partnern aus der Industrie an Wasserstoff als nachhaltigem Energiespeicher forschen. Durch die internationale Zusammenarbeit soll eine neue Generation kreativer, unternehmerisch denkender und innovativer Wissenschaftler:innen ausgebildet werden, die die Integration von Wasserstoff in den Energiesektor erfolgreich umsetzen kann.

Untersucht wird dabei von den Forschenden die Verwendung von Wasserstoff zur Speicherung von überschüssiger elektrischer Energie, die außerhalb der Spitzenlastzeiten aus erneuerbaren Energien erzeugt wird, sowie seine Nutzung für die Stromerzeugung in Spitzenlastzeiten. Der Wasserstoff wird durch Elektrolyse hergestellt, vor Ort gespeichert und zur Stromerzeugung in Brennstoffzellen verwendet. Ziel ist es, die Wettbewerbsfähigkeit der chemischen Energiespeicherung mit Wasserstoff zu erhöhen.

Forschen im Tandem

Von der TU Darmstadt sind die Gruppen von Professor Christian Hasse vom Fachbereich Maschinenbau, Professorin Ulrike Kramm vom Fachbereich Chemie und Professor Jan Philipp Hofmann vom Fachbereich Material- und Geowissenschaften an „Unite!Energy“ beteiligt. Sie forschen jeweils im Tandem mit einem Wissenschaftler oder einer Wissenschaftlerin aus dem Unite!-Netzwerk.

Professor Hofmann bearbeitet dabei mit Professor Piotr Rutkowski von der Politechnika Wrocławska (Polen) Kohlenstoff-Metallkomposite für die Wasserelektrolyse, um den Gehalt an kritischen Edelmetallen in den Katalysatoren zu reduzieren. Professorin Kramm wird sich mit edelmetallfreien Brennstoffzellen-Katalysatoren beschäftigen und dafür mit Professorin Stefania Specchia von der Politecnico di Torino (Italien) zusammenarbeiten. Professor Hasse wird in Kooperation mit Professor Manel Soria Guerrero von der Universitat Politècnica de Catalunya in Barcelona (Spanien) an sichereren Wasserstoffspeicherkonzepten forschen. Auch die weiteren beteiligten Forschenden haben sich zu Zweierteams zusammengeschlossen.

Die Promovierenden profitieren dabei besonders von der internationalen Vernetzung der Unite!-Allianz, denn sie sind jeweils einem dieser Tandems zugeordnet und forschen daher an gleich zwei Universitäten. Zusätzlich absolvieren sie Praxisaufenthalte bei den beteiligten Industriepartnern. Als Abschluss werden sie eine sogenannte Cotutelle Promotion erhalten, also einen gemeinsamen Doktortitel von zwei Universitäten.

Koordiniert wird das Projekt von der Universitat Politècnica de Catalunya. Neben den TU-Tandem-Partnern Politechnika Wrocławska, Politecnico di Torino und Universitat Politècnica de Catalunya sind auch Forschende aus allen weiteren Unite!-Universitäten beteiligt: von der Aalto University (Finnland), dem Institut Polytechnique de Grenoble (Frankreich), dem KTH Royal Institute of Technology (Schweden), der TU Graz (Österreich) sowie der Universidade de Lisboa (Portugal) als assoziierte Partnerin. Zudem sind weitere Partner von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, von außeruniversitären Forschungseinrichtungen und aus der Industrie eingebunden.

„Unite!Energy“ fügt sich ideal in den Kontext des Unite!-Netzwerkes ein und bietet nun der ersten großen Kohorte von Promovierenden unter Begleitung der Unite! Doctoral School eine strukturierte Promotion im Bereich Energy, einem der vier Fokusbereiche von Unite! (Energy, Industry 4.0, Artificial Intelligence, Entrepreneurship).

„Unite!Energy“ stärkt das Forschungsfeld Energy and Environment (E+E) der TU Darmstadt und ergänzt das Portfolio an Forschungsprojekten, die sich mit der Technik für die Erzeugung von Wasserstoff befassen und mit ihren Forschungsarbeiten zur Umsetzung der Klimawende beitragen.