AEMReady – Das Beste aus zwei Welten: die Membran-basierte alkalische Elektrolyse
In den kommenden Jahren werden die Elektrolysekapazitäten für die Herstellung Grünen Wasserstoffs allein in Deutschland im Gigawatt-Bereich ausgebaut. Doch bisher sind die Gestehungskosten des Grünen Wasserstoffs sehr hoch. Neben dem Strompreis hängt die Höhe maßgeblich von den Investitionskosten und der Lebensdauer der eingesetzten Elektrolyseure ab. Die alkalische Elektrolyse mit Anion Exchange Membrane – kurz AEM-Elektrolyse – ist bisher noch nicht im industriellen Einsatz. Aufgrund des großen Kostensenkungspotenzials und der guten Aussichten, ähnliche Lebensdauern wie bei aktuell verfügbaren kommerziellen Elektrolyse-Systemen zu erreichen, gilt sie jedoch als höchst attraktive Technologie. Das von der Universität Freiburg koordinierte Vorhaben AEMready nimmt die bisherigen Schwachstellen der AEM-Elektrolyse gezielt in den Blick: die Effizienz und die Stabilität von edelmetallfreien Elektroden. Mit innovativen Lösungsansätzen betrachtet AEMready auch insbesondere skalierbare Prozesse und adressiert damit die Bedarfe von Industrieunternehmen entlang der Elektrolyse-Wertschöpfungskette.
Um in großem Maßstab in die Wasserstoffwirtschaft einzusteigen, arbeitet Deutschland derzeit daran, vorhandene Elektrolysetechnologien bereit für das Fließband zu machen. Gleichzeitig gilt es, neue effiziente Verfahren zu entwickeln und zu erproben. Die alkalische Elektrolyse (AEL) und die saure Elektrolyse mittels Proton Exchange Membrane (PEM) zählen zu den bereits etablierten Technologien.
Bei der AEL werden zwei Elektroden in den flüssigen alkalischen Elektrolyten getaucht. Dabei kommen kostengünstige Nickel-Katalysatoren und Stahlkomponenten zum Einsatz. Ein Nachteil sind jedoch die geringen Stromdichten. Die PEM-Elektrolyse löst dieses Problem mit einer Polymermembran. Durch die Verwendung von Edelmetallkatalysatoren aus Iridium und Platin sowie korrosionsbeständigen Titan-Bauteilen ist diese Technologie wiederum mit hohen Materialkosten verbunden.
Die alkalische Elektrolyse mit Anion Exchange Membrane (AEM) verspricht nun, die Vorteile beider Verfahren zu kombinieren: hohe Gasqualität, Differenzdrücke und hohe Stromdichten aufgrund der Polymermembran und gleichzeitig kostengünstige Katalysatoren und Komponenten aus Edelstahl. Neue Membranpolymere, die in alkalischer Umgebung stabil sind, machen diese Technologie möglich. Neben der Membran gibt es jedoch auch in der Elektrode einige Herausforderungen, um die Aktivität und Stabilität auf ein industrierelevantes Niveau zu bringen. Diesen will AEMready mit innovativen Ansätzen begegnen.
Geplante Innovationen und Projektziele
AEMready strebt vier Kerninnovationen an:
- Hochaktive, langzeitstabile edelmetallfreie Katalysatoren
- Skalierung der Katalysatorherstellung
- Anionentauscher-Polymere mit hoher Stabilität
- Elektrodendesign mit niedrigen Überspannungen
Das zentrale Ziel des Vorhabens ist, die Effizienz der edelmetallfreien AEM-Elektrolyse deutlich zu steigern und die Lebensdauer insbesondere der Elektroden zu verbessern.
Projektbeteiligte
- Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
- Technische Universität Berlin
- Technische Universität Chemnitz
- Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
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