Jülicher Forscher entwickeln kostengünstige Energiespeichermethoden
Wasserstoff und die Zukunft der Energieversorgung: Im Projekt Ekolyser entwickeln Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich zusammen mit Partnern aus Wissenschaft (dem Mülheimer Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion in Mülheim) und Industrie Methoden für die Produktion von Wasserstoff mittels Elektrolyse von Wasser. In einer neuen Testanlage erprobten sie robustere und kostengünstige Werkstoffe. Der Prototyp hat nun seine vorgesehene Laufzeit von 1.000 Stunden erreicht. Bis 2020 soll die entwickelte Technologie für die breite Anwendung einsatzfähig sein.
Erneuerbare Energien sollen einen großen Anteil in der Energieversorgung der Zukunft übernehmen, und zwar umweltschonend, zuverlässig und bezahlbar. Weil Wind- und Sonnenenergie starken Fluktuationen unterworfen sind, müssen Standort- und wetterbedingte Schwankungen aufgefangen und ausgeglichen werden, damit die Stromversorgung dauerhaft garantiert ist.
Um die gewonnene Energie zuverlässig zu speichern, so dass sie in ‚mageren Zeiten‘ wieder abrufbar ist, bietet sich vorrangig Wasserstoff an: Der universell einsetzbare Energieträger kann in ein Gasnetz eingespeist oder zu flüssigen Kraftstoffen weiterverarbeitet werden. Mit entsprechenden Brennstoffzellen ausgestattete Fahrzeuge können Wasserstoff auch direkt als Treibstoff nutzen. Als Abgas entsteht bei der Reaktion lediglich Wasser. Wasserstoff kommt nicht frei in der Natur vor, er muss unter Energieaufwand erzeugt werden. Dies geschieht zum Beispiel durch die Spaltung von Wasser mithilfe elektrischer Energie. In ihrer konventionellen Form, der alkalischen Elektrolyse, wird mit Kalilauge angereichertes Wasser als Ausgangsstoff verwendet.
Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM)-Elektrolyse
Bei der modernen Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM)-Elektrolyse wird destilliertes Wasser durch elektrischen Strom an Elektroden in Sauerstoff, freie Elektronen und positiv geladene Wasserstoff-Ionen (Protonen) gespalten. Die Ionen treten durch eine Membran und verbinden sich mit den Elektronen zu Wasserstoff. Für ein effizientes System werden mehrere dieser Zellen in sogenannten Stacks hintereinander geschaltet, wie Batterien in einer Stabtaschenlampe. Separatorplatten, gewöhnlich aus Titan, trennen die Zellen eines solchen Stacks.
Im Gegensatz zu anderen Elektrolysearten benötigt die PEM-Elektrolyse keine bedenklichen Chemikalien. Sie ist außerdem leistungsfähiger: Die Zellen sind kleiner und es wird mehr Wasserstoff produziert. Ihr Nachteil ist der hohe Preis. Der Wirkungsgrad beträgt derzeit rund 70 Prozent: knapp ein Drittel der Energie geht verloren. Der hergestellte Wasserstoff ist zu teuer, insbesondere die als Katalysatormaterial und Separatoren verwendeten Edelmetalle treiben den Preis in die Höhe.
Folgt: Kostengünstige nachhaltige Materialien für die PEM-Elektrolyse entwickelt