Brennstoffzellen-Monitoring zeigt Deutschlands Rolle weltweit

Ein neues Monitoring des Fraunhofer ISI zeigt, wie stark Deutschland bei Forschung, Förderung und Patenten zu Brennstoffzellen aufgestellt ist. Eine zentrale Erkenntnis: Der Weltmarkt wächst schnell, aber mit großen Unsicherheiten.

Zum Abschluss des Projekts H2GO hat das Fraunhofer-Institut für System und Innovationsforschung (ISI) ein umfassendes Update seines kontinuierlichen Monitorings zu technologischen Entwicklungen im Brennstoffzellenbereich vorgelegt. Die Ergebnisse zeigen, dass Deutschland im internationalen Vergleich weiterhin zu den führenden Innovationsstandorten zählt.

Brennstoffzellen gelten als Schlüsseltechnologie für eine künftige Wasserstoffwirtschaft: Sie wandeln chemische Energie effizient und emissionsfrei in Strom um und eignen sich damit sowohl für Mobilitätsanwendungen als auch für die stationäre Energieversorgung.

PEM dominiert industrielle Skalierung

Das Monitoring unterscheidet drei große Technologiefamilien: Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen (PEFC/PEMFC), die besonders für mobile Anwendungen relevant sind; Hochtemperatur-Brennstoffzellen (SOFC/MCFC), die aufgrund hoher Wirkungsgrade vor allem in Kraft-Wärme-Kopplungs-Systemen eingesetzt werden; und alternative Technologien wie alkalische oder Direktalkohol-Brennstoffzellen.

Die Polymerelektrolyt-Technologie dominiert die industrielle Skalierung. Heute wird sie in Schienenfahrzeugen, U-Booten und zunehmend im Schwerlastverkehr eingesetzt. Hochtemperatur-Systeme ermöglichen durch Arbeitstemperaturen von 500 bis 1.000 °C zusätzlich die Reformierung von Biogas oder Erdgas und dienen daher als Brückentechnologie. Alternative Zelltypen haben bislang geringere Marktrelevanz, spielen jedoch in Nischen wie Raumfahrt oder Spezialanwendungen eine Rolle.

Ohne Förderung geht nichts

Die staatliche Förderung ist über fünf Jahrzehnte hinweg ein zentraler Treiber: Seit 1969 wurden in Deutschland knapp 800 Projekte mit Milliardenvolumen unterstützt. Ab dem Jahr 2000 stiegen die jährlichen Fördermittel von knapp sieben Millionen Euro auf Spitzen von über 180 Millionen Euro an.

In vergleichbarem Maß wuchs die europäische Förderung – von unter fünf Millionen Euro im Jahr 2000 auf fast 200 Millionen Euro im Jahr 2024. Deutschland, Frankreich und Italien zählen zu den wichtigsten Empfängern. Auffällig ist ein jüngst rückläufiger Trend bei Projekten ohne konkrete Technologiezuordnung, was auf mehr Marktreife und veränderte politische Prioritäten hindeutet.

"Unsere Analysen zeigen, dass sowohl Grundlagenforschung als auch industrielle Anwendungsentwicklung gezielt gefördert werden – und sich dadurch starke Netzwerke zwischen Wissenschaft und Wirtschaft herausgebildet haben", so Dr. Henning Döscher, Projektleiter und Senior Researcher am Fraunhofer ISI.

150.000 Arbeiten analysiert

Die Publikationsanalyse erfasst über 150.000 wissenschaftliche Arbeiten zu Brennstoffzellen. Besonders stark vertreten ist die Hochtemperatur-Technologie, was den aktuell noch höheren Forschungsbedarf in diesem Bereich widerspiegelt. China und die USA führen mit großem Abstand, Deutschland liegt auf Rang fünf. Das Publikationswachstum setzt ab der Jahrtausendwende ein und steigt nahezu linear.

Parallel dazu verzeichnet das Monitoring mehr als 32.000 transnationale Patente. Hier zeigt sich ein anderes Bild: Bei Patenten liegt Deutschland weltweit auf Platz drei – hinter Japan und den USA. In der Polymerelektrolyt- und Hochtemperatur-Technologie ist die deutsche Industrie besonders stark. Global dominieren Unternehmen wie Toyota, Panasonic, Bosch, Siemens und das Forschungszentrum Jülich. Auch mittelständische Spezialanbieter behaupten sich erfolgreich durch fokussierte Patentportfolios.

Die Entwicklung der Patentanmeldungen zeigt klare Dynamiken: Polymerelektrolyt-Patente stiegen seit den 1990er Jahren steil an und liegen stabil bei rund 300 Anmeldungen pro Jahr; Hochtemperatur-Technologien erreichen über 200 Anmeldungen jährlich; alternative Technologien pendeln um etwa 100. Das Monitoring verdeutlicht zudem den rasanten Aufstieg Chinas: In den letzten 15 Jahren ist die Zahl transnationaler Patente aus China stark gewachsen. Dennoch behält Deutschland eine Spitzenposition.

Industrie forscht mit

Auch die wissenschaftliche Zusammenarbeit zwischen Industrie und Forschung wird sichtbar: Rund 6 % aller Publikationen weisen Industrie-Co-Autorenschaften auf – ein vergleichsweise hoher Anteil. Die aktivsten Industriepunkte sind General Motors, Nissan, Toyota, Ford, Siemens, Hitachi und Bosch.

Die internationale Marktdynamik bleibt jedoch schwer vorhersehbar. Eine Auswertung von 45 internationalen Marktstudien zeigt extreme Unsicherheiten: Prognosen für 2030 reichen von zwei bis 117 Milliarden US-Dollar. Dennoch bleibt ein Muster erkennbar: Über 60 % Marktanteil entfallen auf Polymerelektrolyt-Zellen, etwa 35 % auf Hochtemperatur-Systeme. "Die große Streuung der Markteinschätzungen verdeutlicht, dass sich der Brennstoffzellenmarkt in einer frühen Entwicklungsphase befindet", so Sven Altvater, Projektleiter am Fraunhofer ISI.

Die Netzwerkanalyse zeigt die enge Verzahnung von Forschungseinrichtungen wie Fraunhofer, Helmholtz, ZBT und ZSW mit Industrieakteuren aus Fahrzeugbau, Energieversorgung, Schiffbau und Zulieferindustrie. Besonders deutlich wird die Stärke der deutschen und französischen Forschungslandschaft innerhalb der EU. Insgesamt wurden bis 2025 rund 731 europäische Projektverbünde identifiziert.

Großprojekte wie BRAVA (Entwicklung eines 2,4-MW-Brennstoffzellensystems für Flugzeuge) oder HELENUS (SOFC-Systeme für Kreuzfahrtschiffe) verdeutlichen den industriellen Fokus in Europa. Deutschland liegt mit über 380 Millionen Euro an EU-Fördermitteln an der Spitze, gefolgt von Frankreich und Italien. Spanien hat seine Aktivitäten zuletzt stark ausgeweitet.

Deutschland bleibt führender Standort

Deutschland bleibt ein global führender Standort für Forschung, Patentierung und industrielle Entwicklung von Brennstoffzellen. Gleichzeitig wächst der internationale Wettbewerb – besonders durch China, Japan und die USA. Die Richtung der Marktentwicklung bleibt offen, doch Brennstoffzellen werden zweifellos ein entscheidender Baustein für die zukünftige Wasserstoffwirtschaft und die energetische Transformation sein.