Innovative Wasserstoffmembrantechnologie
Wasserstoff, der durch CO2-freien Strom erzeugt wird, eignet sich für vielfältigste Anwendungen in nahezu allen Energiesektoren – Verkehr, Industrie, Wohnen und tragbare Geräte. Dieser nachhaltige Energieträger ist wichtig für Sektoren, die durch Elektrifizierung schwer zu dekarbonisieren sind. Das EU-finanzierte Projekt MEMBRASENZ ist ein wichtiger Meilenstein für die geplante Energiewende. Effizientere Elektrolyse Die Elektrolyse ist die Methode der Zukunft bei der Erzeugung von Wasserstoff aus nachwachsenden Rohstoffen. Bei alkalischen Elektrolyseuren werden Hydroxidionen im Elektrolyt von der Kathode zur Anode transportiert, sodass auf Kathodenseite Wasserstoff erzeugt wird. Hochqualitative Membranen sind dabei von besonderer Bedeutung, da sie reinen Wasserstoff aus einem Gasgemisch abscheiden können. „Mit bis zu etwa 1 000 m² ist die Gesamtfläche des Membranmaterials bei Elektrolyseuren extrem hoch. Der Schlüssel zum Erfolg von MEMBRASENZ war, dass ein Verbundmaterial verwendet wurde, das optimal den gegensätzlichen Anforderungen an Membranen in der alkalischen Elektrolyse genügen kann“, erklärt Jelena Stojadinovic, Geschäftsführerin und Gründerin des koordinierenden Unternehmens MEMBRASENZ GmbH. Zudem erfüllt die neue Hightech-Membran die Reinheitsanforderungen für nachhaltige Wasserstofferzeugung und kann in bestehende Industrie-, Energie- und Mobilitätsinfrastrukturen integriert werden. Beim Design der MEMBRASENZ-Membran wurde auf den inzwischen verbotenen Asbest und sein Standardersatzprodukt Zirfon® verzichtet. Auch bei dem weniger gesundheits- und umweltschädlichen Zirfon gibt es immer noch Schwachstellen, etwa mechanische und thermische Instabilität, höhere Sauerstoffpermeabilität bei Temperaturen über 100 °C und geringere Ionenleitfähigkeit, was die Wasserstoffproduktion insgesamt teurer macht. „Mit unserer neuen Hightech-Membran wird die Elektrolyse durch bessere Gasdichtigkeit, Ionenleitfähigkeit und Wärmebeständigkeit des neu entwickelten Verbundmaterials effizienter“, erklärt Stojadinovic. „Die Wasserstoffmembran von MEMBRASENZ ist die einzige auf dem Markt, die Temperaturen über 100 °C aushält“, fügt Stojadinovic hinzu. Nach 600 Stunden In-situ-Tests der Membran bei 120 °C wurde weder die Materialleistung beeinträchtigt noch die Spannung unterbrochen. Zum Vergleich: Eine Membran nach bisherigem Stand der Technik verbraucht sich bei 100 °C. Je höher die Zelltemperatur ist, desto weniger Spannung wird für die Elektrolyse benötigt, was die Systemeffizienz maximiert. Wichtiger Schritt in Richtung Energiewende Der Wasserstoffbedarf soll in den kommenden Jahren exponentiell steigen. Laut Marktstudie von MEMBRASENZ lag die jährliche Wasserstoffproduktion bei über 50 Mio. Tonnen, entsprechend 450 Mrd. EUR, was sich bis 2025 versechsfachen soll. Die Wasserelektrolyse ist eine zentrale Technologie in der Energiewende, da sie die einzige emissionsarme Methode für die Produktion von Wasserstoff ist. „In Wind- und Solarenergieanlagen kann überschüssiger Strom, der nicht direkt in das Netz eingespeist wird, zur Elektrolyse verwendet werden, wobei der Wasserstoff zur späteren Wiederverwendung gespeichert wird. Netzgebundene und Power-to-X-Systeme können die variable Erzeugung erneuerbarer Energien ausgleichen“, so Stojadinovic. Bislang wurden Fahrzeuge von Toyota, Honda, Hyundai und Mercedes sowie Busflotten und deutsche Alstom-Hochgeschwindigkeitszüge mit Wasserstoffbrennstoffzellen ausgerüstet. Werden die MEMBRASENZ-Membranen in alkalische Wasserelektrolyseuren weltweit verwendet, kann die Elektrolyse für die Wasserstoffproduktion beschleunigt und die Versorgung verschiedener Sektoren mit umweltfreundlichem Wasserstoff vereinfacht werden. Mit der von MEMBRASENZ entwickelten Membran kann die Prozesseffizienz deutlich gesteigert sowie Stromverbrauch und Betriebskosten um Milliarden gesenkt werden.
Schlüsselbegriffe
MEMBRASENZ, Membran, Elektrolyse, Wasserstoffproduktion, alkalisch, Verbundwerkstoff, Energiewende, Zirfon, Asbest
