Unser Gesprächspartner war Prof. Jan Philipp Hofmann, welcher an der TU Darmstadt zu Oberflächenwissenschaft, Katalyse von Solartreibstoffen, chemische Energieumwandlung, anorganische Materialchemie und Spektroskopie forscht. Als Experte für neue Materialien zur Effizienzsteigerung von Solarzellen, lag unser Interesse besonders an Alternativen zu herkömmlichen Silizium Solarzellen. Wichtig war uns dabei zu sehen, wie der Forschungsstand aktuell ist und wie realistisch eine Flächendeckende Anwendung dieser Solarzellen ist.  

Das Interview mit Herrn Prof. Hofmann haben wir im Rahmen der Kurseinheit zur Energiegewinnung gehalten. Im Voraus haben wir uns zusätzlich zu dem Wissen über Silizium-Solarzellen noch über Perowskit informiert. Dies gehört in das Forschungsgebiet der Neuen Materialien. Zu Beginn des Interviews hat Herr Prof. Hofmann noch einmal grob den Aufbau einer Perowskit Solarzelle erläutert. Die NIP- oder PIN-Struktur besteht aus einem P-Dotierten Teil, der als Transportmaterial für Löcher fungiert. Darauf folgt die intrinsische Schicht, die nicht dotiert ist und aus dem Perowskitmaterial besteht. Ganz oben befindet sich der n-dotierte Teil, der für den Elektronentransport verantwortlich ist.  

[1] 

Forschungsbereiche und Projekte  

Prof. Hofmann arbeitet an Grundlagenforschung im Bereich der neuen Materialien für Solarzellen. Einerseits versucht er in seinen Forschungen unteranderem einen neuartigen Absorber zu entwickeln und Kontaktmaterialien auf die Absorber so anzupassen, dass die Bandlücken einen möglichst großen Teil des Lichtspektrums verwerten können, was für Effizienz sorgt. Außerdem fallen die Anwendung von Chalkogeniden (u.a. Antimonsulfide, Selenide und Barium-Zirkonium-Sulfid) bzw. weitere Salze und Materialien unter seinen Forschungsbereich. Hierbei ging es auch um die Verwendungen von Tandemmodulen mit Silizium. Essenziell sei es Ionen mit der Richtigen Größe in die Kristallgitter von Perowskiten einzusetzen, um die Größen der Bandlücken zu optimieren. Hierbei sorgen laut Prof. Hofmann größere Ionen wie Antimonselenide dafür, dass die Orbitale der Atome im Kristallgitter weniger überlappen und so kleiner Bandlücken entstehen. Den gegenteiligen Effekt haben kleinere Ionen, wie Antimonsulfide. Neue Materialien sollen in den Bereichen der Ionenmigration, Langlebigkeit und Defektchemie weiterhelfen.  

Nutzung und Zukunft von Perowskit-Solarzellen 

Silizium-Solarzellen sind aufgrund ihrer weiten Entwicklung und der bereits bestehenden Infrastruktur absolut dominant auf dem Markt. Der Einfluss des chinesischen Staates als Marktführer sorgt zusätzlich dafür, dass Silizium-Solarzellen in der breiten Anwendung aktuell nicht abzulösen sind. Allerdings ist die Skalierbarkeit von Perowskit-Solarzellen als positiv zu sehen, da diese mit vergleichsweise einfachen Herstellungsverfahren produziert werden können. Dabei ist auch ein Druckverfahren möglich, wobei mithilfe eines Polymersubstrates Schichten nacheinander aufgetragen werden und so eine hohe Skalierbarkeit erreicht werden kann. Das Problem dabei ist jedoch, dass Perowskit-Solarzellen sehr anfällig für Umwelteinflüsse sind, was die breite Anwendung erschwert. Neben äußeren Einflüssen kann es auch zur Wanderung von Iodid-Ionen kommen, was die IU-Kennlinie beeinflusst und gegebenenfalls zu Problemen führen kann. Perowskit-Solarzellen sind nur für spezielle Anwendungsbereiche, wie dem Anbringen auf Fensterscheiben (wegen ihrer Transparenz), als Tandemmodule oder im Labor anwendbar. 

Wieso ist es für neue Materialien so schwierig auf den Markt zu kommen? 

Dafür gibt es verschiedene Gründe zum einen haben Silizium-Solarzellen ihre Effizienz von 17% auf 25% in den letzten zehn Jahren gesteigert [2] und haben eine Energie Playback Zeit von einem Jahr. Zum anderen sind Siliziumsolarzellen sehr robust und haben eine Stabilität von 25 bis 30 Jahren. Dazu kommt noch das China auf die Produktion von Silizium setzt und dadurch kosten günstige Produkte auf den Markt kommen. Um Innovative Materialien an den Markt zu bringen, bräuchte es eine Staatliche Förderung in der Produktion und auch Subventionen im Vertrieb. Eine denkbare Möglichkeit wäre aktuell die Anwendung als Tandemmodule, da diese noch effizienter als reine Siliziummodule sind. Allerdings ist auch in dem Fall wieder die Langlebigkeit ein Problem. 

Quellen: 

[1] KLA Instruments™ (2026): The Ultimate Guide to Measuring Ultra-Thin Layers in Perovskite Solar Cells. AZoCleantech. Online verfügbar unter: https://www.azocleantech.com/article.aspx?ArticleID=1967 (Zugriff: 26.08.2026). 

[2] Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE (o. D.): Photovoltaics Report. Online verfügbar unter: https://www.ise.fraunhofer.de/en/publications/studies/photovoltaics-report.html (Zugriff: 19.08.2026). 

Wofür wird Wasserstoff Produziert?

Der produzierte Wasserstoff wird vor allem für BAFS’s
eigenen Industrie genutzt und nur zweitrangig und in kleinen Mengen an Dritte
weitergegeben. Selbst andere BASF Standorte außerhalb von Ludwigshafen sollen
nur wenig des produzierten Wasserstoffs bekommen.  Wenn es einen Überschuss gibt, wird der
Wasserstoff mit fossilen Gasen gemischt und zu Wärmeenergie umgewandelt. Ein Überschuss
ist jedoch selten, da der Elektrolyseur sehr einfach abgestellt und wieder hochgefahren
werden kann. So kann BASF Energiekosten sparen. Ein Speicher ist zur Zeit nicht
geplant, da dieser nicht wirtschaftlich und zu Auflagenreich sei.  

Aufbau:

Der Hy4Chem besteht aus 72 Stacks à 50 Zellen. Die jeweils aus einer Kathode,
einer Anode und einer semipermeablen Membran bestehen. Die Anlage läuft mit 100
mBar bei 60 °C. Die einzelnen Zellen sind durch Bipolareplatten (Bleche)
verbunden, sodass Spannung an den Anoden angelegt werden kann. In den Zellen
läuft die eigentliche Wasserstoff Elektrolyse ab. Das entstehende Gas steigt
durch Rohre auf und wird in Abscheidbehältern gesammelt. Von dort wird es in
einen einstufigen Schraubenverdichter geleitet, um den Druck auf 3 Bar zu
erhöhen. Dieser erhöhte Druck wird benötigt um im Folgenden in einem Deoxo eine
kontrollierte Sauerstoff Wasserstoff Reaktion mit Katalysator zu verrichten. Denn
trotz guter Trennwirkung der Gasprodukte durch die semipermeable Membran ist
immer noch ein Restanteil des Sauerstoffes mit dem Wasserstoff gemischt. Durch
die Reaktion verbindet sich der Restsauerstoff mit Wasserstoff und reagiert zu
Wasser. Dieses kann leicht abgetrennt werden.
Außerdem ist der Wasserstoff mit gesättigtem Wasserdampf vermischt. Um abschließend
diesen gesättigten Wasserdampf aus dem Wasserstoff zu lösen, wird eine
Gastrocknung durchgeführt, wobei das Gasgemisch gekühlt und so der Wasserdampf
kondensiert wird. In diesem Zustand kann das Gemisch in Behältern mit
Silicalgel geleitet werden, wo das flüssige Wasser gebunden wird. Die
Silicalgel Behälter werden anschließend durch warmes Gas regeneriert und das
reine Wasserstoffgas in das Gasnetz weitergeleitet, wo sein Druck auf 40 oder
350 bar erhöht wird und es zu den Produktionsanlagen fließt.

Welchen Elektrolyseurtyp wurde gewählt?

Es gibt in der modernen Wasserstoff Industrie mehrere Typen von
Elektrolyseuren, die sich mitunter darin unterscheiden, ob die Katalyse in einem
basischen oder sauren Milieu stattfindet. Aufgrund der Größe und
Einzigartigkeit des Projektes war die Wahl des Elektrolyseurs eingeschränkt.
Mit der PEM (Protonenaustauschmembran) Technologie hatte „Simens Energy“
bereits im größeren Maßstab Erfahrung. Außerdem ist die PEM-Methode aufgrund ihrer
einfachen Bedienung besonders attraktiv. Der billige Solarstrom, den BASF
verwendet und die einfache Bedienung des Systems mache den grünen Wasserstoff konkurrenzfähig
gegenüber Wasserstoff, welcher mit Fossilien Brennstoffen hergestellt wird.
Dies ist allerdings nur der Fall, wenn der Strompreis der erneuerbaren Energien
niedrig ist.

Materialien und Lebensdauer

Als Elektrodenmaterial wird ein Verbundstoff mit Iridium und
Platin verwendet. Beide Materialien sind sehr kostspielig. Laut Herrn Ehret sei
das der Hauptforschungspunkt in Bezug auf Elektrolyse. Es ginge darum Materialien
zu finden, die preiseffizienter, aber ähnlich stabil sind, um Oxidation und Reduktion
Stand zu halten. Der Elektrolyseur verwendet, weil er bereits vor 2021geplant wurde,
etwa drei mal mehr Edelmetalle  als ein heute
geplanter Elektrolyseur. Das sei jedoch nicht schlimm, weil  dadurch die Lebensdauer der Verbundstoffe
steige und die Edelmetalle recycelbar seien.

Der Elektrolyseur habe laut Herrn Ehret eine
voraussichtliche Lebensdauer von 10 Jahren. Ausschließlich die Wechselrichter
müssen alle 5 ausgetauscht werden. Jedoch ist die Lebensdauer nur eine grobe
Schätzung, weil es bisher keine Praxiserfahrung mit einer solch großen Anlage
gibt.

Wird es noch mehr Elektrolyseure in diesem Maßstab
geben?

Laut Herrn Ehret sei es noch nicht sicher, ob ein
Elektrolyseur in diesem Maßstab kommerziell funktioniert. Ebenso unsicher sei es
ob weitere Anlagen gebaut werden. Das Wichtige für BASF sei es gewesen, ein
Vorreiter zu sein und grünen Wasserstoff zu produzieren. Die Profitabilität sei
bei diesem Projekt zweitrangig gewesen. Weitere Projekte müssen jedochrentaboch
war cl sein, sonst wird keine weiter Anlage gebaut. Die Rentabilität hänge
stark von dem Abnahmeverhalten ab. Steige die Wasserstoff Nachfrage nicht deutlich,
sei das Projekt Hy4cam gescheitert, beziehungsweise nicht rentabel.

Fazit

Alles in allem ist der Elektrolyseur Hy4Chem ein
Vorzeigeprojekt des Konzerns BASF. Sie versuchen, einen wichtigen Schritt zu
gehen und grünen Wasserstoff in relevanten Mengen zu produzieren. Das Projekt
leidet etwas unter der frühen Entwichlungsphase, weil es inzwischen deutlich materialeffizienter
Bauweisen gibt. Dennoch war es wichtig, dass BASF diesen Schritt so früh gegangen
ist, sonst hätten Firmen wie Simens keine neuen Modelle entwickelt, weil sie
nicht gesehen hätten, dass es Interesse am Markt gibt. Das bedeutet, selbst
wenn das Projekt scheitert, war es ein Schritt in die richtige Richtung und ein
wichtiges Signal von einem der größten Unternehmen in der Chemieindustrie.