Elektrolyse für grünen Wasserstoff: Im Projekt »H2 Companion« unterstützt das Fraunhofer ISI die Modellregionen Grüner Wasserstoff in Baden-Württemberg – H2-Wandel und H2 GeNeSiS – mit wissenschaftlichen Analysen und untersucht kontinuierlich die Entwicklung von Elektrolysetechnologien.

(WK-intern) – Die neuesten Auswertungen zeigen: Publikationen, Patentanmeldungen und öffentliche Förderung von Elektrolysetechnologien haben deutlich zugenommen.

Der Aufbau eines globalen Elektrolyseurmarktes bleibt jedoch mit erheblichen Unsicherheiten verbunden.

Wasserstoff wird aktuell zu einem hohen Anteil mittels fossiler Energieträger gewonnen. Die Wasserelektrolyse spielte 2022 mit einem Anteil von nur etwa 0,1 Prozent an der weltweiten Erzeugung noch eine sehr geringe Rolle. Das könnte sich mit dem Ausbau erneuerbarer Energien ändern. Der dadurch erzeugte grüne Wasserstoff lässt sich speichern, in unterschiedlichen Wirtschaftsbereichen einsetzen und kann damit zur klimafreundlichen Umgestaltung von Industrie und Energiesystem beitragen.

Im Projekt »H2 Companion« begleitet das Fraunhofer ISI die beiden Modellregionen Grüner Wasserstoff in Baden-Württemberg – H2-Wandel und H2 GeNeSiS – wissenschaftlich. Für die neue Analyse wurden mehrere Datenquellen miteinander kombiniert: öffentlich geförderte Forschungsprojekte in Deutschland und Europa, wissenschaftliche Publikationen, transnationale Patente, internationale Marktstudien sowie Elektrolyseprojekte von Stadtwerken und regionalen Energieversorgern. Dadurch entsteht ein umfassendes Bild der technologischen Entwicklung, der Forschungsaktivitäten, der Markttrends und der zentralen Akteure.

Forschung zu Elektrolysetechnologien wächst stark

Die Analyse unterscheidet drei zentrale Verfahren: die alkalische beziehungsweise Anionenaustauschmembran-Elektrolyse (AEL/AEM), die Protonenaustausch-Membran-Elektrolyse (PEM) und die Hochtemperatur-Elektrolyse (HT). Die alkalische Elektrolyse ist industriell am stärksten etabliert, die PEM-Elektrolyse kann besonders schnell auf Schwankungen bei der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien reagieren und die Hochtemperatur-Elektrolyse verspricht eine hohe Effizienz, stellt aber hohe Anforderungen an Materialien und Lebensdauer. Hinzu kommen neuere Varianten wie Hochtemperatur-PEM oder Co-Elektrolyse.

Wie stark die Forschung in diesem Bereich an Bedeutung gewonnen hat, zeigt eine im Projekt durchgeführte Publikationsanalyse. Zwischen 1827 und 2025 wurden rund 106.000 wissenschaftliche Veröffentlichungen zur Elektrolyse identifiziert. Seit 2020 wächst ihre Zahl in allen drei Technologiebereichen deutlich schneller. Im weltweiten Vergleich liegt Deutschland auf Rang drei und führt die europäische Auswertung an. An der Spitze stehen China und die USA.

Deutschland und Europa fördern ein breites Technologieportfolio

Auch die öffentliche Forschungsförderung hat in den vergangenen Jahren deutlich zugenommen. Bis Juli 2026 wurden in der Förderdatenbank EnArgus 156 größere Verbundprojekte und 92 Einzelprojekte und mit eindeutigem Elektrolysebezug erfasst. Seit 2020 stieg das Fördervolumen stark an und beläuft sich in den betrachteten Projekten auf insgesamt mehr als 3,6 Milliarden Euro. Im Fokus stehen vor allem die bereits marktnäheren PEM- und AEL-Technologien.

Auf europäischer Ebene wurden bis April 2026 insgesamt 216 EU-geförderte Projektverbünde zur elektrolytischen Wasserstoffproduktion identifiziert. Die Europäische Union stellte dafür rund 800 Millionen Euro bereit. Mit etwa 132 beziehungsweise 128 Millionen Euro erhielten Deutschland und Frankreich die höchsten Fördersummen. Unterstützt werden sowohl die Weiterentwicklung und Skalierung marktreifer Verfahren als auch neue technologische Ansätze.

Internationale Patentdynamik nimmt zu

Eine Patentanalyse macht ebenfalls sichtbar, dass die technologische Entwicklung an Fahrt gewinnt. Erfasst wurden etwa 4.900 transnationale Patentmeldungen mit Elektrolysebezug. In der zurückliegenden Dekade ist ein stetiger Anstieg zu verzeichnen, ab 2020 steigt die Dynamik nochmals deutlich. Besonders ausgeprägt ist die Entwicklung bei der PEM-Technologie: Die Zahl ihrer Anmeldungen stieg von rund 35 im Jahr 2017 auf 136 im Jahr 2021 und liegt seither bei mehr als 100 pro Jahr. AEM/AEL erreichte 2023 mit 133 Anmeldungen den höchsten Wert der drei Kategorien, die Hochtemperatur-Elektrolyse kam auf 96 Patente.

Bei der Herkunft der Patente liegen die USA und Japan im internationalen Vergleich vorn. Deutschland belegt in allen drei Technologiekategorien Rang drei. China holt deutlich auf und erreichte bereits in den Jahren 2022 und 2023 Rang vier. Neben etablierten Industrie- und Energiekonzernen treten zunehmend junge, spezialisierte Unternehmen mit gezielt ausgerichteten Patentportfolios auf.

Sven Altvater, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer ISI, erklärt hierzu: »Die hohen öffentlichen Fördermittel und Rang drei bei den Patentanmeldungen zeigen, dass Deutschland bei Elektrolysetechnologien über eine starke Forschungs- und Innovationsbasis verfügt. Dies trägt erkennbar dazu bei, technologische Kompetenzen über alle drei untersuchten Verfahren hinweg auszubauen. Angesichts der wachsenden internationalen Konkurrenz – insbesondere durch China – sollte sich Deutschland aber auf dieser guten Ausgangsposition nicht ausruhen: Entscheidend ist, die geförderten Forschungs- und Entwicklungsarbeiten konsequent in marktfähige Technologien, industrielle Anwendungen und wettbewerbsfähige Unternehmen zu überführen.«

Marktprognosen bleiben von großen Unsicherheiten geprägt

Hinweise auf die künftige Marktentwicklung liefert eine Auswertung von 55 Marktstudien aus den Jahren 2019 bis 2026. Die darin prognostizierten jährlichen Wachstumsraten des globalen Elektrolyseurmarktes reichen von 5,6 bis 97,7 Prozent; der Median liegt bei 25,7 Prozent. Für das Jahr 2030 erwarten die Studien weltweite Jahresumsätze zwischen 651 Millionen und 226 Milliarden US-Dollar. Der Median beträgt 14 Milliarden US-Dollar.

Die große Spannbreite dieser Angaben verweist sowohl auf Unterschiede zwischen den ausgewerteten Studien als auch auf erhebliche Unsicherheiten in einem Markt, der sich erst entwickelt. Wie schnell er wächst, hängt vor allem vom Ausbau erneuerbarer Energien, von Förderung und Regulierung, von Investitionen sowie vom Hochlauf der globalen Wasserstoffwirtschaft ab.

Stadtwerke bauen ihr Engagement aus

Eine wichtige Rolle bei der Umsetzung der Wasserstoffwirtschaft vor Ort können Stadtwerke und regionale Energieversorger übernehmen. Anfang 2023 waren erst rund vier Prozent der Stadtwerke an konkreten Wasserstoffprojekten beteiligt. Ende 2025 wurden bereits 64 Elektrolyseprojekte mit 57 Stadtwerken und 17 regionalen Energieversorgern erfasst. Zusammen planen sie rund 3,2 Gigawatt Elektrolyseleistung. Viele der Vorhaben befinden sich allerdings noch in frühen Phasen; 15 Prozent wurden vorzeitig eingestellt.

Dr. Henning Döscher, der die Forschungsarbeiten am Fraunhofer ISI im Projekt »H2 Companion« koordiniert, ordnet die neuen Ergebnisse so ein: »Die Elektrolyse hat weltweit erheblich an Forschungs- und Innovationsdynamik gewonnen. Deutschland und Europa verfügen über eine starke Forschungsbasis, breite Förderung und zahlreiche industrielle Akteure. Der Übergang in einen wirtschaftlich tragfähigen Massenmarkt ist jedoch noch nicht abgeschlossen. Dafür braucht es verlässliche regulatorische Rahmenbedingungen, planbare Förderung und konkrete Abnehmer für grünen Wasserstoff.«

Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI analysiert Entstehung und Auswirkungen von Innovationen. Wir erforschen die kurz- und langfristigen Entwicklungen von Innovationsprozessen und die gesellschaftlichen Auswirkungen neuer Technologien und Dienstleistungen. Auf dieser Grundlage stellen wir unseren Auftraggebern aus Wirtschaft, Politik und Wissenschaft Handlungsempfehlungen und Perspektiven für wichtige Entscheidungen zur Verfügung. Unsere Expertise liegt in der fundierten wissenschaftlichen Kompetenz sowie einem interdisziplinären und systemischen Forschungsansatz.

PM: Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI

PB: H2 Companion: Elektrolyse: Im Projekt »H2 Companion« begleiten wir die beiden Modellregionen Grüner Wasserstoff in Baden-Württemberg, H2-Wandel (Mittlere Alb – Donau – Ostwürttemberg) und H2 Genesis (Region Stuttgart).  Unter anderem werden dort Elektrolysekapazitäten aufgebaut und in der Praxis erprobt. Unser Monitoring verfolgt die Entwicklung von Elektrolysetechnologien in wissenschaftlichen, technischen und ökonomischen Dimensionen. / ©: Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI