Konzeption, Entwurf, Herstellung, Montage, Prüfung, Diagnose, Analyse und Modellierung von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren von Watt bis 100 kW, sowohl in Hochtemperatur-Keramik- (750°C) als auch in Raumtemperatur-Polymertechnologie (20-70°C), sowohl für natürliche als auch für erneuerbare Brennstoffe.
Forschungsthemen
1
Verständnis der langfristigen Haltbarkeit von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren, Trennung und Quantifizierung der verschiedenen Prozesse der Leistungsverschlechterung mit der Zeit.
2
Entwurf, Herstellung und Bau von Brennstoffzellen-/Elektrolyseur-Komponenten und spezieller Testausrüstung, insbesondere für In-situ-Messungen.
3
Multi-Physik-Modellierung in mehreren Maßstäben, von mikrometrischen Schnittstellen bis hin zu kompletten Systemen, zur Unterstützung des Entwurfs (Achse 2) und des Leistungsverständnisses (Achse 1).
Unsere Schlüsselprojekte
Reversibel-CH4
Wir entwickeln eine vollständige Pilotanlage zur Demonstration der realen saisonalen Speicherung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen in Form von Methan, das in das Gasnetz eingespeist wird, unter Verwendung eines reversiblen Brennstoffzellen-/Elektrolyseursystems (10/30 kW) mit vernachlässigbaren Emissionen. Der Vollbetrieb wird für 2027 erwartet.
Die Alcaline-Membran-Wasserelektrolyse, bei der nur Materialien verwendet werden, die in der Erde vorkommen, wurde in unserem Labor entwickelt und charakterisiert und verspricht eine bahnbrechende Leistung für die H2/O2-Produktion. Wir haben eine 1-kWe-Einheit in unserem Labor für mehr als 1000 Stunden mit unserem selbstgebauten Prüfstand validiert.
Kanton VS - GEM-Start-up DeltaSpark EU-Partner Gaznat (VD)
HYSPIRE
Die Dampfelektrolyse in sauerstoffionen- oder protonenleitender Keramik wird bei 500-700°C im kleinen Maßstab durchgeführt. Parallel dazu wurde ein leistungsstarkes 3D-CFD-gekoppeltes Multiphysik-Modell für die Dynamik des Dampf-Elektrolyseur-Stapels erstellt.
SolydEra (VD; IT) EU-Partner NCEPU (China)
Highlights
1
Es wurden drei zusammenhängende Artikel über die alkalische Membranelektrolyse veröffentlicht, in denen zum ersten Mal einige elektrochemische Analysen (auf einem Stapel) beschrieben wurden; ein Artikel erreichte die Titelseite der Zeitschrift.
2
Xinyi Wei (Doktorarbeit Mai 2025) erhielt den Best Researcher of the Year Award der EU Clean Hydrogen Partnership (Nov. 2025) unter 42 Spitzenkandidaten, eine hohe internationale Auszeichnung für einen jungen Forscher (<35 Jahre). Suhas Nuggehalli erhielt eine PhD Excellence Auszeichnung (Aug. 2025) für sein engagiertes Unternehmertum parallel zur Doktorarbeit.
3
2 neue, sehr wettbewerbsfähige EU-Ausschreibungen wurden gewonnen (1,6 Mio. €), mit Bewertungen von 14/15 und 15/15. Damit bleibt das GEM die Nummer 1 unter den Laboren der EPFL bei den EU-Zuschüssen.
17 im Jahr 2025 veröffentlichte Zeitschriftenartikel, 1 Buch.
Team & talents
Größe des Laborteams
21 Mitglieder + 10 Masterstudenten + 3 Gast-Doktoranden
Das GEM-Labor besteht zu 1/3 aus Doktoranden, 1/3 aus Wissenschaftlern und 1/3 aus Ingenieuren
Spezifisches Teammitglied
Samaneh Daviran entwickelt neuartige Schutzschichten gegen Stahlkorrosion unter Verwendung kostengünstiger Nassabscheidungstechniken und erhielt ein wettbewerbsfähiges Ignition Grant, um diese Arbeit zu verfolgen.
Hangyu Yu hat zwei Jahre lang ein mit Erdgas betriebenes Brennstoffzellensystem mit optimierter Steuerung betrieben, seine Doktorarbeit im September 2025 erfolgreich verteidigt und mehrere Artikel veröffentlicht. Seine Arbeit ist sehr fruchtbar für Folgevorschläge.
Vom wissenschaftlichen Team entwickelte Fähigkeiten
Sich die Hände schmutzig machen beim Bau und Testen von Geräten und spezifischer Charakterisierungsausrüstung.
Training des Gehirns beim Erlernen von Software, zugrunde liegender Mathematik und Programmiercode. Hangyu Yu hat ein elektrochemisches Analysetool für die wissenschaftliche Gemeinschaft veröffentlicht.
Andere
Die Mitglieder des GEM-Teams lernen, Eigenverantwortung zu übernehmen, im Team zu arbeiten, Finanzmittel zu beschaffen, Netzwerke aufzubauen, mit anderen akademischen und industriellen Einrichtungen zusammenzuarbeiten und erkennen die Notwendigkeit rechtlicher Rahmenbedingungen.
Suhas Nuggehalli und Luc Bondaz haben für ihr Startup DeltaSpark eine Finanzierung von 1,4 MCHF aus verschiedenen Quellen erhalten.
Regionale und gesellschaftliche Auswirkungen
1
Die Speicherung von überschüssigem Strom in Brennstoffen zur späteren Wiederverwendung trägt dazu bei, dass wir im Winter weniger abhängig von Stromimporten sind, was bei einem Ausstieg aus der Kernenergie noch wichtiger werden wird. Schon heute exportieren wir im Sommer 2x so viel wie wir im Winter importieren.
2
Unsere Pilotanlage zur saisonalen Speicherung von CH4 in Strom (Winter) und von Strom in CH4 (Sommer) wird eine einzigartige Hardware-Demonstration ohne Simulation einer Komponente sein.
3
Unser Labor bildet Ingenieure für die Technologien von morgen aus, die die Energiewende definieren und gestalten. Erschwingliche verfügbare (saubere und effiziente) Energie ist das Rückgrat einer produktiven Industrie und einer stabilen, solidarischen Gesellschaft.
4
Wir führen pro Jahr 15-20 neue Masterstudenten über direkte Projektarbeit in unsere Aktivitäten ein.
Perspektiven und Herausforderungen
Die wichtigsten Möglichkeiten
SOFCs auf Erdgasbasis (elektrischer Wirkungsgrad >60%, keine Umweltverschmutzung) sind aufgrund des exponentiellen Anstiegs der künstlichen Intelligenz und ihres Strombedarfs (1 Rechenzentrum = 28 MWe) sehr gefragt
Demonstration der Machbarkeit einer vollständigen saisonalen Speicherung mit reversiblem Power-to-Gas-to-Power und dem Gasnetz
10/30 kW-Anlage in Energypolis und 50/150 kW-Anlage in Aigle mit Gaznat und SolydEra
Herstellung sauberer Flüssigbrennstoffe aus Strom und Kohlenstoffquellen
Entwicklung einer kompakten Wasserelektrolyse mit alkalischer Membran
Wichtigste Herausforderungen
Fördermittelkürzungen und harter Wettbewerb um Fördermittel
Fehlender Raum für Test- und Fertigungsinfrastrukturen
Europas schädliche Selbstisolierung bei der Wahl der Energiewende.
Zukünftige Partnerschaften
Stärkung der Partnerschaft zwischen Gaznat und SolydEra; SolydEra ist führend in der SOFC-Technologie
Partnerschaften mit anderen Brennstoffzellen-/Elektrolyseurunternehmen
Angleichung an die Gasindustrie für CH4 als Vektor
Industrial Process and Energy Systems Engineering (IPESE)
Prof. François Maréchal
Industrial Process and Energy Systems Engineering (IPESE)
Das IPESE entwickelt auf digitalen Zwillingen basierende Optimierungsverfahren für eine Netto-Null-Umstellung unter Einbeziehung von Lebenszyklus-Metriken. Die Arbeit umfasst effiziente biobasierte Prozesse, CO₂-Abscheidung, hocheffiziente SOFCs, Abfallvergasung und städtische Knotenpunkte für erneuerbare Energien, die Industrie, Energie und intelligente Stadtteile miteinander verbinden.
Forschungsthemen
1
Integration erneuerbarer Energien in städtische Systeme unter Berücksichtigung von lokalen Gemeinschaften, Photovoltaik, intelligentem Betrieb, Effizienz und fortschrittlichen Energieumwandlungstechnologien wie Wärmepumpen und Fernwärme.
2
Dekarbonisierung der industriellen Produktion durch effiziente Produktion, Wärmerückgewinnung, CO2-Abscheidung, Integration von erneuerbaren Energien und Abfallmanagement sowie industrielle Symbiose.
3
Modellierung der Energiewende: Wie passt sich das Energiesystem an die Innovation und die Dekarbonisierungsmaßnahmen an?
Unsere Schlüsselprojekte
PinchSmall
Eine computergestützte Entscheidungshilfe für die schnelle Bewertung von Dekarbonisierungsoptionen für industrielle Prozesse.
EPFL HES-SO Schweizerisches Bundesamt für Energie
Netto-Null-Labor
Dekarbonisierungsstrategien für die stadtintegrierte Aluminiumproduktion.
IPESE HES-SO Oiken Novelis
Urban Energy Twins
Urban Twin und Sweet Swice & Sweet COSI, Auf dem Weg zu einem ganzheitlichen Modell für die Integration erneuerbarer Energien in Städten: vom Verhalten bis zur Anpassung des Energiesystems.
Sweet Konsortium mit Versorgungsunternehmen
Highlights
1
Unabhängige und neutrale Schweiz: Welche Kosten und Konsequenzen sind zu erwarten?
2
Mehrere Auszeichnungen für die besten Vorträge und Poster auf internationalen Konferenzen
3
Unser Labor hat einen Beitrag zum Bericht über den Fahrplan zur Dekarbonisierung der Industrie für die EU-Kommission geleistet: AIDRES, „Advancing industrial decarbonization by assessing the future use of renewable energies in industrial processes „: https://data.europa.eu/doi/10.2833/696697
4
François Marechal hat an der Gründung von sechs Start-up-Unternehmen mitgewirkt: Bluewatt Engineering, jetzt Teil von PSE Siemens: energieeffiziente Abwasseraufbereitung, Trea-tech: hydrothermale Vergasung für die Wasseraufbereitung und die Umwandlung von Biomasse, Exergo.ch: Planung von Multi-Energie-Systemen durch CO2-basierte Fernwärme- und Fernkältesysteme, Urbio: Entscheidungshilfe bei der Planung von städtischen Energiesystemen. Qaptis : CO2-Abscheidung in Transportsystemen. Emissium : CO2-Verfolgung und -Zertifizierung.
5
CO2-Netzwerk-Demonstrator auf dem Campus der EPFL Valais Wallis.
Vom wissenschaftlichen Team entwickelte Fähigkeiten
Computergestützte Prozess- und Energiesystemtechnik, Operations Research, maschinelles Lernen und Programmieren, Pinch-Analyse und Prozessintegrationsmethoden
Regionale und gesellschaftliche Auswirkungen
1
Aufzeigen und Quantifizieren von Dekarbonisierungspfaden für die Dekarbonisierung und die Energiewende durch die Integration von technologischen Innovationen. Im Rahmen der Internationalen Energieagentur Koordinierung einer Aufgabe zur Entwicklung einer digitalen Zwillingsstrategie für die Dekarbonisierung von Industrieprozessen: https://iea-industry.org/tasks/process-integration-for-industry-decarbonization/
2
Die Auswirkungen von Netto-Null Valais auf die Nachhaltigkeit (wirtschaftlich, ökologisch und gesellschaftlich): Was bedeutet „zu expansiv“?
3
Welche Auswirkungen hat die Integration von Innovationen auf die Dekarbonisierung des Energiesystems?
4
Demonstration der Rolle lokaler Energiegemeinschaften bei der Energiewende: Übertragung der Macht an die Menschen durch die Umsetzung dezentraler Lösungen
Perspektiven und Herausforderungen
Hauptchancen ?
Dekarbonisierung der Industrie in einer sich wandelnden Welt. Anpassung der Infrastruktur zur Integration dezentraler Produktionen, industrielle Symbiose auf regionaler Ebene.
Wichtigste Herausforderungen
Integration von Innovationen für die Energiewende
Zukünftige Partnerschaften
Unser Labor kann auf eine lange Tradition der Zusammenarbeit mit der Industrie zurückblicken. Wir unterstützen die Zusammenarbeit für den Wissens- und Technologietransfer.
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