11.07.2024

Günstige Elektrolyseure mit weniger Iridium

Dank einer neuen Membran-Elektroden-Anordnung kann auf bis zu 95 Prozent des seltenen Metalls verzichtet werden.

Mit einer am Leibniz-Institut für Plasma­forschung und Technologie (INP) in Greifswald entwickelten Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) kann in Elektro­lyseuren bis zu 95 Prozent des seltenen Metalls Iridium eingespart werden. Die Technologie verzichtet zudem auf per- und poly­fluorierte Chemikalien (PFAS), was ihre Umwelt­freundlichkeit erhöht. Die innovative Produktlösung überzeugte das Bundes­ministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, die Gründung eines Unternehmens zur Weiter­entwicklung und Vermarktung des neuen Verfahrens finanziell zu unterstützen.

Abb.: Mit einer neuen Membran-Elektroden-Anordnung kann in Elektrolyseuren bis...
Abb.: Mit einer neuen Membran-Elektroden-Anordnung kann in Elektrolyseuren bis zu 95 Prozent des seltenen Metalls Iridium eingespart werden.
Quelle: INP

Zur Produktion von grünem Wasserstoff benötigt man Elektrolyseure, die Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spalten. Elektrolyseure nutzen hierfür das Metall Iridium, was zu hohen Kosten führt. Die Deutsche Rohstoff­agentur erwartet angesichts der massiv ansteigenden Nachfrage ein Versorgungs­risiko und hält eine deutliche Erhöhung der Iridiumproduktion für unwahrscheinlich. In marktüblichen Elektrolyseuren werden zudem PFAS-Chemikalien eingesetzt. Diese als Ewigkeits­chemikalien bezeichneten Stoffe reichern sich in der Natur und in Lebewesen an und gelten als großes Gesundheits­risiko. Derzeit verhandelt die EU über weitreichende PFAS-Verbote und in der Industrie werden dringend Alternativen gesucht. 

„Mit Plasma­technologie konnten wir eine neuartige Membran-Elektroden-Anordnung für Elektrolyseure erzeugen. Hierdurch lassen sich bei der Herstellung bis zu 95 Prozent der benötigten Edel­metalle Iridium und Platin einsparen. Dies ist ein entscheidender Kostenvorteil und hilft angesichts knapper Iridium­vorräte bei der Hochskalierung der grünen Wasserstoff­produktion“, erläutert Gustav Sievers, Geschäftsführer der neuen Ausgründung elementarhy des Leibniz-Instituts für Plasma­forschung und Technologie. „Zusätzlich testen wir unsere MEA vor Auslieferung. Bisher können fehlerhafte MEA erst sehr arbeitsintensiv beim Zusammenbau erkannt werden. Ein weiterer großer Vorteil ist, dass wir bereits bei der Schlüssel­komponente, der Katalysator­schicht, ohne PFAS arbeiten. Durch die PFAS-freie Beschichtung unserer MEA sind die Systeme deutlich umwelt­freundlicher.“ 

Sievers entwickelte das Verfahren gemeinsam mit einem internationalen Team von Forscherinnen und Forschern am INP. Für die Herstellung der Membran-Elektroden-Anordnung nutzen sie einen kombinierten Prozess aus Plasma­technik und Elektrochemie, der auf einem patentierten Elektrokatalysator zur Beschichtung basiert. Hierdurch wird nicht nur der Rohstoffbedarf deutlich gesenkt, auch die Haltbarkeit steigt. Die Membran-Elektroden-Anordnung ist das zentrale Element eines Wasser-Elektro­lyseurs auf Basis von Protonen­austauschmembranen. Die halb­durchlässige Membran ist von Wasser umgeben. Legt man eine elektrische Spannung an die Membran-Elektroden-Anordnung an, dann wird Wasser gespalten und Protonen wandern durch die Membran. Es entsteht Wasserstoff an der negativ geladenen Kathode und Sauerstoff an der positiv geladenen Anode. 

Zur Vermarktung der neuen Elektrolyse-Technologie gründeten Gustav Sievers, Arne Birth, Martin Rohloff, Zahra Nasri und André Pacheco jüngst das Unternehmen elementarhy. Mit einer klein­industriellen Produktion konnte das Team bereits erste Aufträge verzeichnen und kunden­spezifische Membran-Elektroden-Anordnungen ausliefern. In weiteren Projekten mit Elektrolyseur­herstellern und Wasserstoff­produzenten soll die innovative Technologie skaliert werden. Zudem erhielt das junge Unternehmen 1,2 Millionen Euro vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz und jüngst weitere Fördermittel in Höhe von 50.000 Euro durch die Verleihung des Leibniz-Gründer­preises 2024. Mit diesen Anschub­finanzierungen treibt das elementarhy-Team nun die Entwicklung der marktreifen Produktionsanlagen und die Kommerziali­sierung der neuen Technologie voran. 

INP / JOL

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