SINTEF

SINTEF – Ein neues Projekt macht den Wasserstoffproduktionsprozess kostengünstiger und nachhaltiger, indem es den Einsatz kritischer Rohstoffe reduziert.

Ein neues Projekt macht den Wasserstoffproduktionsprozess kostengünstiger und nachhaltiger, indem es den Einsatz kritischer Rohstoffe reduziert.

Grüner Wasserstoff ist eine vielversprechende Alternative zu fossilen Brennstoffen und ermöglicht die Dekarbonisierung wichtiger Industriesektoren. Es kann in Elektrizität für den Transportsektor umgewandelt werden, als Rohstoff für die Metallproduktion dienen oder verbrannt werden, um Wärme für die Zementherstellung zu erzeugen.

Eine der Herausforderungen bei der Produktion von grünem Wasserstoff besteht jedoch darin, dass die dafür benötigten Materialien teuer und schwer zu finden sind. Viele davon gelten als kritische Rohstoffe (CRMs) oder haben negative Auswirkungen auf die Umwelt. Darüber hinaus führen hohe Investitions- und Stromkosten zu unerschwinglich hohen Produktionskosten.

Ein neues, durch die Clean Energy Transition Partnership finanziertes Projekt wird versuchen, dieses Problem durch die Entwicklung und Demonstration neuer Technologien für die effiziente Produktion von grünem Wasserstoff zu lösen.

– Die Innovationen werden direkt zum verstärkten Einsatz grüner Wasserstofftechnologien beitragen, Europa dabei helfen, seine Emissionsreduktionsziele zu erreichen und das europäische Know-how im Bereich grüner Wasserstoff zu verbessern, sagt Patrick Fortin, Forscher bei SINTEF.

Grüner Wasserstoff wird mithilfe einer Technik namens Wasserelektrolyse hergestellt. Dabei wird erneuerbarer Strom genutzt, um Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoffgas aufzuspalten. Es gibt zwei Haupttypen der Elektrolyse: alkalische und PEM (Proton Exchange Membrane).

Die alkalische Technologie wird in Norwegen seit fast 100 Jahren betrieben (Quelle: nelhydrogen.com), während das SINTEF-Spin-off-Unternehmen Hystar ein Beispiel für ein norwegisches Unternehmen ist, das PEM-Elektrolyseure produzieren will.

Derzeit ist die „Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyse (PEMWE)“ der vielversprechendste Weg zur Produktion von grünem Wasserstoff. Im Vergleich zur herkömmlichen alkalischen Elektrolyse verfügen PEM-Elektrolyseure über eine höhere Leistung und können auf schnelle Änderungen der Stromversorgung reagieren, was sie ideal für die Kopplung mit erneuerbaren Energiequellen macht.

Der größte Nachteil von PEMWE besteht jedoch darin, dass es teure und seltene Materialien benötigt, um die raue Betriebsumgebung zu meistern und gleichzeitig hochwertige Gase auf sichere Weise zu produzieren.

Patrick Fortin, sagte:

Die heutigen kommerziellen PEMWE-Systeme sind alle auf Materialien angewiesen, die zu hohen Kosten für den Elektrolyseur führen und als kritische Rohstoffe bzw. Materialien mit Nachhaltigkeits-/Umweltaspekten identifiziert wurden.

Bei diesen Materialien handelt es sich um Edelmetallkatalysatoren und Schutzbeschichtungen, bipolare Platten auf Titanbasis und Membranen auf Basis perfluorierter Sulfonsäure (PFSA), erklärt Patrick Fortin.

In den Elektrolysestacks des Projekts wird der kritische Rohstoff Titan durch Edelstahl ersetzt und die Iridiumbeladung um 50 Prozent verringert. Darüber hinaus wird der Ersatz fluorierter Membranen die Nachhaltigkeit verbessern und eine umweltfreundlichere Wasserstoffproduktion zu deutlich geringeren Kosten ermöglichen.

„Das Hauptziel des Projekts ist die Entwicklung und Demonstration eines Protonenaustauschmembran-(PEM)-Elektrolyseurstapels mit höherer Leistung, geringeren Kosten und erhöhter Nachhaltigkeit im Vergleich zu aktuellen PEM-Elektrolyseursystemen“, sagt Fortin.

Die Innovationen werden zunächst im Labormaßstab getestet, bevor sie mit Hilfe der Industriepartner des Projekts skaliert werden.

Grünen Wasserstoff noch grüner machen, 13. August 2023