Neue Membrantechnologie als Schlüssel zur kostengünstigen Wasserstofferzeugung
Grüner Wasserstoff, der mittels Wasserelektrolyse mithilfe erneuerbarer Energien erzeugt wird, birgt das Potenzial, unsere Fahrzeuge anzutreiben, Energie zu speichern und derzeit umweltbelastende Industrieprozesse zu verändern. Bei der Wasserelektrolyse wird Wasser mithilfe von Strom in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten. „Elektrolytischer Wasserstoff, der aus Wasser und erneuerbaren Energiequellen hergestellt wird, ist wirklich umweltfreundlich“, erklärt der Koordinator des Projekts ANIONE, Antonino Aricò vom Nationalen Forschungsrat in Italien. „Das liegt daran, dass kein CO2 anfällt. Um eine breite Marktakzeptanz solcher Technologien zu gewährleisten, ist allerdings eine drastische Senkung der Kapital- und Betriebskosten erforderlich.“
Hochleitfähige Kohlenwasserstoffmembranen
Im Rahmen des Projekts ANIONE wurde ein hocheffizientes Verfahren zur Wasserstofferzeugung entwickelt, um dieses Problem zu lösen. „Unser Ziel war es, einen Beitrag zum Aufbau einer dezentralen Infrastruktur für die Wasserstofferzeugung zu leisten, um bis 2050 in der EU Klimaneutralität zu erreichen“, sagt Aricò. Dazu konzentrierte sich das ANIONE-Forschungsteam auf die Weiterentwicklung einer Spitzentechnologie zur Wasserelektrolyse per Anionenaustauschmembran. Hoffnung besteht, dass damit die Erzeugung von preiswertem Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen in großem Maßstab möglich wird. „In diesem Projekt haben wir Kohlenwasserstoff-Anionenaustauschmembran mit hoher Leitfähigkeit und Stabilität entwickelt“, erklärt Aricò. „Diese Membranen wurden in Verbindung mit Elektrokatalysatoren und Membran-Elektroden-Einheiten hergestellt, die alle aus nicht kritischen Rohstoffen bestehen. Die Werkstoffe wurden zunächst geprüft und in Bezug auf Leistung und Stabilität bewertet. Ihre Haltbarkeit unter dynamischen Betriebsbedingungen wurde ebenfalls analysiert. „Wir haben außerdem eine Analyse durchgeführt, bei der wirtschaftliche Vorteile ermittelt wurden“, fügt Aricò hinzu. Anschließend wurde ein Verwertungsplan ausgearbeitet, der aufzeigt, wie die aus dem Projekt hervorgegangenen Innovationen auf den Markt gebracht werden können. Dem ANIONE-Konsortium gehörten Hersteller von Elektrolyseuren sowie Membran-, Katalysator- und Anionenaustauschmembran-Lieferanten an.
Anionenaustauschmembrantechnologie validieren
Projektintern wurde diese neue Technologie in einem Anionenaustauschmembran-Elektrolyseur mit 2 kW erfolgreich validiert. Diese Versuche trugen dazu bei, die Wirksamkeit der Innovation und ihren geringen Energieverbrauch zu belegen. All dies wurde unter Verwendung relativ günstiger und weithin verfügbarer Werkstoffe und Bauteile erreicht. „Wir konnten eine verbesserte Leistung und Stabilität im Vergleich zum Stand der Technik nachweisen“, sagt Aricò. „Zu den nächsten Schritten gehört die Entwicklung eines großen Anionenaustauschmembran-Elektrolyseurs, der die hier erschlossene Technologie nutzt.“ Sie entspricht einem Vergrößerungsfaktor von 100 und unterstreicht die Ambitionen des Projektteams. Zu den weiteren Plänen für die Zukunft gehören der Bau und die Demonstration eines vollständig in das Stromnetz integrierten Anionenaustauschmembran-Elektrolyseurs, um die Technologie aus Kundenperspektive zu testen und zu validieren. „All diese Schritte erfordern weitere Forschung und Entwicklung, die sich auf Leistungssteigerung und Kostensenkung konzentrieren“, sagt Aricò. „In Zukunft werden Marktzugang und Geschäftsentwicklung staatliche Anreize, Unterstützung und Sensibilisierung benötigen.“
Neue Arbeitsplätze in der grünen Wasserstofferzeugung
ANIONE hat maßgeblich dazu beigetragen, die Anionenaustauschmembran-Technologie zu validieren und kostengünstige und umweltfreundliche Energie aus Wasserstoff einen Schritt näher an die Realität zu bringen. Das Projektteam hat nachgewiesen, dass die Beschaffung stabiler und kostengünstiger Bauteile aus nicht kritischen Rohstoffen für Anionenaustauschmembran-Wasserelektrolyseure möglich ist und dass diese Technologie hocheffizient betrieben werden kann. „ANIONE hat zu mehreren wichtigen Anliegen beigetragen, wie z. B. der Erzeugung von erneuerbarem Wasserstoff, Energieeinsparungen und Energiesicherheit in Europa“, so Aricò. „Die kostengünstige Elektrolyse birgt zudem das Potenzial, neue Arbeitsplätze in der dezentralen Wasserstofferzeugung zu schaffen.“
Schlüsselbegriffe
ANIONE, Wasserstoff, Energie, Elektrolyse, erneuerbar, Kohlenwasserstoff, Elektrizität, Anionenaustauschmembran
