Kostengünstige nachhaltige Materialien für die PEM-Elektrolyse entwickelt
Im Rahmen des Projektes Ekolyser, das vom Institut für Energie- und Klimaforschung koordiniert wird, entwickelten die Forscher kostengünstige nachhaltige Materialien für die PEM-Elektrolyse. Erforscht werden unter anderem neue, robustere Membrantypen mit erhöhter Leitfähigkeit, die die Effizienz der Elektrolyse verbessern. Der Edelmetallanteil in den Katalysatorbeschichtungen und Separatorplatten soll stark reduziert oder sogar vollständig durch preiswertere Materialien ersetzt werden.
Die Forscher untersuchten viele verschiedene Materialien und Beschichtungen und unterzogen sie Langzeitprüfungen in Test-Elektrolyseuren. Der neueste Prototyp arbeitet mit speziell entwickelten Katalysatorschichten und Separatorplatten, in denen Titan durch strukturierte Edelstahlbleche ersetzt wurde. Der veranschlagte 1000-Stunden-Praxistest ist nun erfolgreich beendet worden. Als nächster Schritt ist eine größere Testanlage geplant. Die aktive Fläche der einzelnen Zellen des derzeitigen Prototypen beträgt 300 cm2, in einem geplanten neuen Zellstapel sollen es 1000 cm2 pro Zelle werden. Damit ließe sich dann schon mehr als ein Megawatt elektrischer Leistung in Wasserstoff wandeln und speichern. Zum Vergleich: die Nennleistung großer Windenergieanlagen liegt etwa zwischen zwei und sieben Megawatt.
EKOLYSER – Neue kostengünstige und nachhaltige Materialien für die PEM-Elektrolyse zur Herstellung von Wasserstoff aus regenerativen Energien.
Bis 2050 sollen rund 80 Prozent des Strombedarfs aus Erneuerbaren kommen. Die gemeinsame Förderinitiative „Energiespeicher“ der Bundesregierung unterstützt dabei technologische Durchbrüche, die die Kosten senken und zur schnellen Markteinführung beitragen. Die drei Bundesministerien für Wirtschaft, Umwelt und Forschung haben jetzt den Startschuss für 60 Forschungsprojekte auf dem Gebiet der Energiespeicher gegeben. Das Programm steht für zwei Schwerpunkte: Wind und Wasserstoff sowie Batterien.
Im Rahmen des Projekts EKOLYSER, das im Leuchtturm „Wind-Wasserstoff-Kopplung“ angesiedelt ist und vom IEK-3 koordiniert wird, werden in Zusammenarbeit mit dem MPI-CEC und den Industriepartnern FuMA-Tech, SolviCore und Gräbener Maschinentechnik kostengünstige und nachhaltige Materialien für die PEM-Elektrolyse zur Herstellung von Wasserstoff aus regenerativen Energien entwickelt , um die PEM-Elektrolyse-Technologie realistisch in Massenmärkten nach dem Jahr 2020 einsetzen zu können.
Zum einen werden neue Membrantypen entwickelt, um die bisher verwendeten 175 bis 200 µm dicken extrudierten Nafion-Membranen zu ersetzen, die in den geplanten Großsystemen keine ausreichende Stabilität aufweisen. Zum anderen sollen die üblicherweise verwendeten Platingruppenmetalle, die heute für die katalytischen Reaktionen eingesetzt werden, reduziert bzw. im Idealfall komplett substituiert werden. In einem weiteren Arbeitspaket werden neue kostengünstige Materialien und Herstellverfahren für metallische Bipolarplatten entwickeln, um den Anteil der Kosten von Flow-field und Separatorplatten an den Gesamtkosten drastisch zu reduzieren.
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