Wasserstoff gilt als wichtiger zukünftiger Energieträger und spielt im Rahmen der weiteren Ausgestaltung der Energiewende und aus energiestrategischer Sicht eine zentrale Rolle. Brennstoffzellen sind dabei eine Schlüsseltechnologie für den flexiblen Einsatz des Energieträgers etwa im Verkehrssektor. Im Projekt „H2GO – Nationaler Aktionsplan Brennstoffzellen-Produktion“ arbeiten 19 Fraunhofer-Institute gemeinsam an der Entwicklung von technischen Lösungen für einen zügigen Markthochlauf der Brennstoffzellen-Produktion, um damit eine nachhaltige Antriebsoption zur signifikanten CO2-Reduzierung im Schwerlastverkehr in Deutschland zu etablieren.
Eine Innovationsanalyse zu Brennstoffzellen, die Forschungsnetzwerke, Patentdaten, Markterwartungen und Produktionsaufbau berücksichtigt, ist der Beitrag des Fraunhofer ISI zum Projekt H2GO. Dabei werden drei Technologie-Bereiche differenziert, die sich unter anderem nach Arbeitstemperatur und elektrochemischem Zellaufbau unterscheiden: Erstens die Polymerelektrolytmembran beziehungsweise PEM-Brennstoffzellen, die sich besonders für Anwendungen im Verkehr eignen, heute schon in Schienenfahrzeugen oder U-Booten verbaut werden und künftig im Schwerlastverkehr Anwendung finden könnten. Zweitens Hochtemperatur-Brennstoffzellen, die sich aufgrund ihrer höheren Arbeitstemperatur eher für Kraft-Wärme-Kopplung eignen. Und drittens alternative Brennstoffzellentypen, die sich deutlich von den anderen beiden unterscheiden und derzeit eine untergeordnete Rolle spielen.
Das Monitoring nahm unter anderem relevante Patentanmeldungen unter die Lupe, um globale Aktivitäten nach Ländern, Akteuren und Technologien aufzuschlüsseln. Im Zeitraum von 1985 bis 2020 sind demnach weltweit über 30.000 Erfindungen mit Bezug zu Brennstoffzellen marktübergreifend angemeldet worden. Rund ein Drittel davon stammt aus Japan. Deutschland rangiert mit 4642 Patentanmeldung hinter den USA (7339) international auf dem dritten Platz, gefolgt von Südkorea (1658), Frankreich (1280), Kanada (996), Großbritannien (980) und China (777). Unter industriellen Akteuren stechen drei japanische Unternehmen heraus, die im Patent-Ranking die drei ersten Plätze belegen: Toyota, Matsushita und Nissan. Deutschland ist mit der Robert Bosch GmbH, der Siemens AG und der Daimer AG dreimal unter den Top 10 vertreten, was seine starke Position auf dem globalen Brennstoffzellen-Markt untermauert. Eine Differenzierung der Patente nach Technologien zeigt eine besondere Dynamik bei PEM-Brennstoffzellen auf. Die jüngsten verfügbaren Zahlen aus dem Jahr 2020 weisen 305 einschlägige PEM-Patentanmeldungen aus, gefolgt von Hochtemperatur-Technologien (185), während für alternative Brennstoffzellen in 2020 nur 65 Patentanmeldungen erfasst wurden.
Die Ergebnisse hat das Fraunhofer ISI auf einer neuen Webseite veröffentlicht. Erkenntnisse zur Entwicklung und Diffusion neuer Technologien gehören ebenso dazu wie Einschätzungen zur Entstehung neuer Märkte und zum Aufbau von Produktionskapazitäten. Gemeinsam mit komplementären Untersuchungen zur Elektrolyse soll so eine Basis für ein umfassendes Roadmapping für Wasserstofftechnologien entstehen.
