Die Speicherung von elektrischer Energie aus regenerativer Erzeugung stellt einen Schlüssel für die Energiewendung und die angestrebte Klimaneutralität dar, ist aber eine enorme Herausforderung. In diesem Themenbereich geht es darum, gemeinsam mit Partnern technische Lösungen aufzuzeigen, die sowohl die Speicherung als auch den Transport von gasförmigem und flüssigem Wasserstoff revolutionieren.

Die Mobilität ist einer der größten und maßgeblichen Bereiche, der vom Einsatz neuer Energieressourcen und damit verbunden, Antriebskonzepte, betroffen ist. Neben der Einsparung von Energie und der Umstellung auf alternative, nachhaltigere Antriebskonzepte kommt diesem Bereich jedoch auch eine große Bedeutung bei der Automatisierung von Betriebsabläufen zu. Hinzu kommt der Einsatz innovativer Verkehrsleitsysteme, die ebenfalls einen erheblichen Beitrag zur Reduktion von Energieverbrauch und Emissionen leisten können.

Bei den vorgestellten Ansätzen sind die Einbindung der Wasserstofftechnologien sowohl in das bestehende Energiesystem als auch in vorhandene Produktions- und Umwandlungsprozesse noch vertieft zu erforschen. Da bezüglich der zukünftigen Entwicklungen eine erhebliche Unsicherheit besteht, werden zudem Szenarien entwickelt, die Systemzusammenhänge und deren zukünftige Entwicklung strukturiert darstellen.

Wasserstoff spielt eine entscheidende Rolle beim Einsatz in thermischen Prozessen. In einer Übergangsphase ist zu erwarten, dass Wasserstoff in zunehmenden Konzentrationen in technischen Verbrennungsprozessen und Industrieprozessen bisher genutzte fossile Brennstoffe ersetzt. Dies stellt eine Herausforderung an das Verständnis und das Design wie auch den sicheren Betrieb der jeweiligen Anlagen. Zur Entwicklung geeigneter Komponenten und Systeme werden daher Messtechniken und Simulationen benötigt.

Gemeinsam mit Partnern entwickeln verschiedene Fachgebiete der Universität Duisburg-Essen örtlich-zeitlich hochauflösende Simulationswerkzeuge, Systemsimulationen und optisch bildgebende Messmethoden. Diese erstrecken sich über eine Bandbreite von molekularem Detail über die Entwicklung neuer Sensorkonzepte bis zur Umsetzung im Anlagenmaßstab.

Darüber hinaus sind die Steigerung der Dynamik von Prozessen, die verlässliche Überwachung dynamischer Systeme sowie die Garantie der Funktionsfähigkeit und Sicherheit von Prozessen wie von Überwachungs- und Regelungsalgorithmen einschließlich KI-basierter Algorithmik in eingebetteten Systemen in vielen neuen Anwendungsfeldern die ‚Key-Enabler‘-Methoden und Technologien zur Realisierung neuer Funktionen sowie zum garantierten und sicheren Betrieb. Die methodischen und algorithmischen Beiträge der an diesem Themenfeld beteiligten Arbeitsgruppen beschäftigen sich daher u. a. mit Hybridantrieben und dem Powermanagement für rekuperationsfähige, wasserstoffbasierte Brennstoffzellenantriebe, der Realisierung eingebetteter Systeme mit Spezialhardware mit Laufzeitgarantie und minimalen Energieverbrauch, der signal-, modell- und datenbasierten Überwachung von sicherheitsrelevanten Materialien (Tanks), sowie der Analyse und dem Entwurf sicherheitsrelevanter Systeme im Sinne der funktionalen Sicherheit.

Ausgangspunkt dieses Bereichs ist das schnelle Finden neuartiger, potentiell disruptiver Funktionsmaterialien (Elektrokatalysatoren wie High Entropy Alloys, 2D-Materialien, Membrane) und deren Prozessierung in eine elektrochemische Funktionsumgebung, die eine aussagekräftige Testung im System ermöglicht.

Um das Ziel eines skalierbaren und wissensbasierten Ansatzes mit Rückkopplung von der Systemebene bis zur Materialexploration zu erreichen, werden quantenmechanische Rechnungen, fortgeschrittene Ansätze zur (Nano)-Partikelsynthese z.B. aus der Gasphase oder Laserablation, ausgedehnte Screenings, und Oberflächenmodifikation mittels Plasma skalenübergreifend mit Prozess- und Fertigungstechnik verbunden. Letztere beinhalten die Erzeugung von maßgeschneiderten hierarchischen Strukturen durch Sprühtrocknung genauso wie die Rolle-zu-Rolle-Beschichtung und die additive Fertigung („3D-Druck“).

Durch die aussagekräftige Testung in Vollzellen, z.B. am ZBT, gelingt es, neue Materialien beschleunigt zu prozessieren und Innovation vom Labor in die Industrie zu überführen.

Neben den zuvor genannten Kernthemen beschäftigt sich die UDE mit weiteren Wasserstoff-Themen, die von der Wasserstofferzeugung, über verschiedene Anwendungsgebiete bis hin zu wirtschaftlichen Aspekten reichen. Alle Informationen, wer die relevante Wasserstoff-Forschung an der UDE betreibt, finden Sie über den Link.