Umweltfreundliche Wasserstofferzeugung ohne knappe Ressourcen
Das EU-finanzierte Projekt HYScale(öffnet in neuem Fenster) definiert die grüne Wasserstoffproduktion neu. Es hat erfolgreich Hochleistungsmaterialien entwickelt, mit denen die Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen („Critical Raw Materials“, CRM) und synthetischen Chemikalien, so genannten Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS), verringert wird. Umweltfreundlicher Wasserstoff ist eine nachhaltige und vielseitige Energiequelle, die eine entscheidende Rolle bei der Dekarbonisierung der energieintensiven Sektoren in Europa spielen kann. Allerdings müssen Hürden wie Kosten, Haltbarkeit, Effizienz und Ressourcenknappheit überwunden werden, bevor sie auf breiter Front eingesetzt werden können. HYScale hat sich dieser Herausforderung gestellt. Wie in einem Artikel(öffnet in neuem Fenster) auf der Website des Projekts beschrieben: „HYScale ist ... ein Hochskalieren innovativer Hochleistungswerkstoffe, die die Abhängigkeit von knappen Ressourcen verringern, ohne Kompromisse bei der Leistung oder Effizienz einzugehen.“ Das Projekt hat CRMs und PFASs ersetzt, die standardmäßig in Wasserelektrolyseuren mit Anionenaustauschmembranen („Anionen Exchange Membrane“, AEM) verwendet werden, einer Technologie, die in der Wasserstoffproduktion eingesetzt wird. Stattdessen wird eine wirtschaftlichere und umweltfreundlichere Alternative entwickelt - der erste Prototyp eines AEM-Elektrolyseurs mit einer Leistung von 100 kW. Tests haben gezeigt, dass die von HYScale neu entwickelten Werkstoffe ohne Leistungseinbußen hochskaliert werden können. „Groß angelegte Anwendungen liefern mittlerweile Ergebnisse, die mit den Ergebnissen kleiner Einzelltests im Labor übereinstimmen. Dies ist ein entscheidender Meilenstein auf dem Weg zur tatsächlichen Anwendung“, so der Artikel. Dies bringt das Projekt „einen Schritt näher an die Integration des Stacks in ein voll funktionsfähiges Elektrolyseursystem.“ HYScale strebt einen Investitionsaufwand von 400 EUR/kW an und macht Fortschritte bei der technischen Validierung.
Der Weg zu diesem Punkt
Für den Ausbau zu einem vollständigen Elektrolyseursystem musste das HYScale-Team zunächst die einzelnen Zellkomponenten optimieren. Sie verfeinerten Katalysatoren, Membranen und poröse Transportschichten in kleinflächigen Zellen, um die Effizienz, Lebensdauer und den langfristigen Betrieb jeder Komponente sicherzustellen. Der Projektpartner Italian National Research Council (CNR) untersuchte den Einfluss des für die Elektrode verwendeten Substrats. Sie analysierten auch die vom belgischen Projektpartner Bekaert entworfene und hergestellte Art der porösen Transportschicht. Der Projektkoordinator CENmat stellte katalysatorbeschichtete Substrate mit leistungsstarken CRM-freien Katalysatoren zur Verfügung. CNR und der deutsche Partner DLR führten umfangreiche Tests durch, um die Leistung und Stabilität der Komponenten zu beurteilen. Um die angestrebte Skalierbarkeit zu erreichen, entwickelte das Projektteam auch eine großflächige Zelle. Das Design berücksichtigt spezielle Lösungen für die Rahmen, die Versiegelung und die Transportschichten und wurde optimiert, um die Bearbeitungsschritte zu minimieren. Darüber hinaus wurde ein strömungsfeldfreies Design gewählt. CNR-Forscher Nicola Briguglio erklärt: „Die Entscheidung … wurde durch die Notwendigkeit getroffen, die Architektur des AEM-Short-Stacks zu verschlanken und die Komplexität der Fertigung zu verringern. Darüber hinaus vermindert die Eliminierung des Strömungsfeldes die Gesamtdicke des Stapels und ermöglicht eine kompaktere und leichtere Bauweise, was für die Systemintegration und Skalierung von Vorteil ist. Derzeit werden im Rahmen der Short-Stack-Phase Tests durchgeführt. HYScale (HYSCALE – WIRTSCHAFTLICHE, UMWELTFREUNDLICHE WASSERSTOFFERZEUGUNG IM GROSSEN MASSSTAB DURCH EINE NEUARTIGE, VON KRITISCHEN ROHSTOFFEN FREIE, HOCHEFFIZIENTE UND KAPITALARME FORTSCHRITTLICHE ALKALISCHE MEMBRAN-WASSERELEKTROLYSETECHNOLOGIE) arbeitet daran, den Stack in ein voll funktionsfähiges Elektrolysesystem zu integrieren und legt damit den Grundstein für effizientere Elektrolysesysteme, die Europa seinen Klimazielen näherbringen. Weitere Informationen: Website des HYScale-Projekts(öffnet in neuem Fenster)
