Innovative Elektrolyseur-Technologie Wasserstoffproduktion: Neue Elektroden-Anordnung reduziert Edelmetallbedarf drastisch

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Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. INP Greifswald

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Mit einer am Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie in Greifswald entwickelten Membran-Elektroden-Anordnung kann in Elektrolyseuren bis zu 95 % des seltenen Metalls Iridium eingespart werden. Die Technologie verzichtet zudem auf PFAS, was ihre Umweltfreundlichkeit erhöht.

Klimaneutral produzierter Wasserstoff soll in Zukunft den Energiebedarf der Industrie decken und als Speicher für Strom aus Solar- und Windkraftanlagen dienen. Zur Wasserstoffproduktion benötigt man Elektrolyseure, die Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spalten. Elektrolyseure nutzen hierfür Iridium, eines der seltensten natürlichen Elemente, 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.

Kosten- und Umweltvorteile durch neuartige Membran-Elektroden-Anordnung

„Mit Plasmatechnologie konnten wir eine neuartige Membran-Elektroden-Anordnung für Elektrolyseure erzeugen. Hierdurch lassen sich bei der Herstellung bis zu 95 % der benötigten Edelmetalle Iridium und Platin einsparen. Dies ist ein entscheidender Kostenvorteil und hilft angesichts knapper Iridiumvorräte bei der Hochskalierung der grünen Wasserstoffproduktion“, erläutert Dr. 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.

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Ausgründung aus dem INP: elementarhy erzielt erste Erfolge

Zur Vermarktung der neuen Elektrolyse-Technologie gründeten Dr. Gustav Sievers, Arne Birth, Dr. Martin Rohloff, Dr. Zahra Nasri und André Pacheco am 15. Mai 2024 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.

Bereits seit 1998 fördert die Regierung die Gründung von Unternehmen aus wissenschaftlichen Einrichtungen im Rahmen des Exist-Programms. Das Förderprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) wird dabei vom Europäischen Sozialfond kofinanziert. Die Förderung im Exist-Forschungstransfer unterstützt laut BMWK „herausragende forschungsbasierte Gründungsvorhaben, die mit aufwendigen und risikoreichen Entwicklungsarbeiten verbunden sind“. Die Fördermittel des BMWK für Elementarhy belaufen sich auf insgesamt 1,2 Millionen Euro, von denen das INP einen Anteil von 10 % beisteuert. Die Förderung startete im April 2023 und läuft für zwei Jahre.

Weitere Anerkennung und Fördermittel in Höhe von 50.000 Euro erhielt das junge Unternehmen 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.

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