PowerMem: Wie Membranen für die PEM-Elektrolyse langsamer altern und effizienter arbeiten

Foto: ©Iurii Kachkovskyi - stock.adobe.com

Zentral für den Einstieg in eine Wasserstoff-Wirtschaft ist die Verfügbarkeit von Grünem Wasserstoff. Dazu braucht es Verfahren, mit deren Hilfe sich Grüner Wasserstoff effizient und in großem Maßstab herstellen lässt. Die Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyse (PEM-Elektrolyse) gilt als eine der effizientesten und flexibelsten Technologien zur Wasserstoff-Produktion. Das Wasserstoff-Leitprojekt H2Giga entwickelt daher Möglichkeiten, PEM-Elektrolyseure seriell herzustellen. Allerdings zählt die namensgebende Protonenaustauschmembran zu den kritischen Elementen der PEM-Elektrolyse, da sie noch zu schnell altern und damit die Effizienz der Elektrolyse senken. Zudem könnte die Grundfunktion der Membran als leitfähige Barriere gegen den schädlichen Übertritt des entstehenden Wasserstoffs auf die falsche Seite der Elektrolysezelle noch gesteigert werden. Genau daran arbeitet das Projekt PowerMem: Durch Kombination verschiedener innovativer Ansätze werden besonders dünne, aber gleichzeitig sehr gasdichte und stabile Hoch­leistungsmembranen für die PEM-Elektrolyse erarbeitet. Insgesamt wird damit diese wich­tige Elektrolysetechnologie noch effizienter und erschwinglicher. Weitere Infos folgen in Kürze.

FemtoPEM: Effiziente Transportschichten für die PEM-Elektrolyse

Foto: ©Iurii Kachkovskyi - stock.adobe.com

Wie das Projekt PowerMem will FemtoPEM PEM-Elektrolyseure effizienter machen – und die Lebensdauer von Elektrolyseuren erhöhen. Allerdings setzt FemtoPem nicht wie PowerMem bei der Polymerelektrolytmembran an, sondern bei den Transportschichten des Elektrolyseurs. Diese Schichten braucht es, um das bei der Elektrolyse zu spaltende Wasser der Katalysatorschicht zuzuführen, in der die Wasserspaltung stattfindet. Die porösen Transportschichten müssen den Hin-Transport des Wassers, den Abtransport des produzierten Gases und die elektrische Kontaktierung der Elektrode sicherstellen. Damit beeinflussen sie entscheidend die Effizienz von Elektrolyseuren. FemtoPEM will die Transportschichten optimieren, indem das Projekt einerseits neue Technologien der Materialbearbeitung testet sowie andererseits neue Materialbeschichtungen. Weitere Infos folgen in Kürze.

AEMready: Bessere Elektroden- und Katalysatoren-Materialien für die AEM-Elektrolyse

Foto: ©tashechka - stock.adobe.com

Drei Arten der Wasserelektrolyse wird das Wasserstoff-Leitprojekt H2Giga bereit fürs Fließband machen: die PEM-​Elektrolyse (PEM = Proton Exchange Membrane, zu Deutsch: Protonenleitende-​Membran-Elektrolyse), die alkalische Elektrolyse (AEL) und die Hochtemperatur-​Elektrolyse (HTEL). Dabei gibt es noch weitere Arten der Wasserelektrolyse: Beispielsweise die Elektrolyse mit anionenleitender Membran (AEM-Elektrolyse, Anion Exchange Membrane). Wäre auch sie industriell einsetzbar, hätte sie viele Vorteile gegenüber ihren Alternativen. So kommt die AEM-Elektrolyse ohne Edelmetalle aus – und könnte trotzdem hocheffizient arbeiten. Dadurch könnten die Wasserstoffgestehungskosten künftig deutlich sinken. Bis AEM-Elektrolyseure allerdings industriell einsetzbar sind, braucht es noch umfangreiche Forschung und Entwicklung. Dieser widmet sich das Projekt AEMready. Es will die Effizienz und Lebensdauer von AEM-Elektroden durch Materialentwicklung steigern. So entwickelt es verbesserte AEM-Elektroden- und Katalysatoren-Materialien, die Industriepartner anschließend testen. Weitere Infos folgen in Kürze.

H2Meer: Wie sich Grüner Wasserstoff aus Meerwasser herstellen lässt

Animation: ©AA+W - stock.adobe.com

Deutschland wird auch langfristig auf Energie-Importe angewiesen sein. Einen Großteil des Grünen Wasserstoffs muss Deutschland daher aus wind- und sonnenreichen Regionen der Welt einkaufen - zum Beispiel aus West- und Südafrika. In vielen afrikanischen Staaten herrscht jedoch Wasserknappheit. Damit die Produktion von Grünem Wasserstoff den Wasserstress vor Ort nicht weiter erhöht, könnte zukünftig Grüner Wasserstoff direkt aus Meerwasser hergestellt werden. Allerdings ist diese Technologie noch weit von der Anwendung entfernt. Im Rahmen des Projekts H2Meer sollen daher zunächst stabile Materialien und Komponenten für die Meerwasser-Elektrolyse entwickelt und der optimierte Betrieb von Meerwasser-Elektrolyseuren erforscht werden. Funktioniert die Elektrolyse von Meerwasser zukünftig auch im Industriemaßstab, ließe sich auch die Wasserstoff-Produktion direkt auf See kostengünstiger umsetzen. Deswegen bezieht auch das Wasserstoff-Leitprojekt zur Offshore-Produktion das Thema Meerwasseranalyse mit in seine Forschung ein. Weitere Infos folgen in Kürze.

H2Demo: Wie Solarmodule direkt Grünen Wasserstoff herstellen können

Foto: ©tope007 - stock.adobe.com

Bisher erfolgt die Produktion von Grünem Wasserstoff in zwei Schritten: Erst wird Energie beispielsweise von Wind und Sonne in Strom umgewandelt, dann betreibt dieser Strom Wasser-Elektrolyseure, die Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff spalten. Das Projekt H2Demo will diese beiden Schritte vereinen – und Sonnenenergie direkt zur Wasserstoff-Erzeugung nutzen. Dazu braucht es Solar-Module, die eine ausreichend hohe Spannung (> 1.6 Volt) erzeugen, um Wasser direkt zerlegen zu können. Solche will H2Demo fertigen – erst im Labor, später auch in ersten Demonstratoren. Weitere Infos folgen in Kürze.

Wasserstoffatlas-D: Wie Deutschland im Bereich Wasserstoff aufgestellt ist

Fotomontage: ©vegefox.com - stock.adobe.com

Klar ist: Deutschland will konsequent in die Wasserstoffwirtschaft einsteigen. Unklar ist allerdings, wo Deutschland dabei heute steht. Das Projekt Wasserstoff-Atlas-D will das ändern: Ziel des Projekts ist eine ständig aktualisierte, interaktive Karte, die Wertschöpfungsketten von Grünem Wasserstoff und den Bestand aller deutschen Power-to-X-Anlagen darstellt. Zusätzlich wird der Atlas auch sektorenspezifische Verbräuche (Strom, Gebäude, Verkehr, Industrie) abbilden und Benchmarks wie Kosten und Emissionen für Wasserstoff- und Power-to-X-Verfahren ausgeben. Damit soll der Atlas Entscheidungsträgern bei der Informationsgewinnung dienen. Bei der Erstellung der Weban­wendung werden Sektorenkopplungsmodelle aus dem Kopernikus-Projekt P2X und die Erkenntnisse aus dem Verbundprojekt TRIO herangezogen und implementiert. Weitere Infos folgen in Kürze.