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Wasserstoff gilt laut Mitteilung der TU Graz als zentraler Baustein der globalen Energiewende. Klimaneutral erzeugter Wasserstoff soll künftig als Energieträger etwa bei der Stahlherstellung Kohlenstoff ersetzen und so große Mengen klimaschädliches Kohlendioxid vermeiden. "Wenn es uns gelingt, bei der Herstellung von grünem Wasserstoff auf schädliche Stoffe zu verzichten und wir ihn noch dazu wirtschaftlich auf ein ähnliches Preisniveau wie fossilen Wasserstoff bringen, haben wir einen wichtigen Schritt zur grünen Wende gemacht. Außerdem macht ihn das auch für andere Anwendungen attraktiver, etwa als Speicher von Energieüberschüssen", betonte Merit Bodner vom Institut für Chemische Verfahrenstechnik und Umwelttechnik der TU Graz.
Die PEM-Elektrolyse (Protonenaustauschmembran-Elektrolyse) ist eine Schlüsseltechnologie zur Umwandlung von Strom aus erneuerbaren Energien in Wasserstoff. Dabei wird Wasser durch eine Protonen-Austausch-Membran geleitet, die zwischen Anode und Kathode liegt. Ein Problem ist jedoch, dass bisher für die Membranen die umstrittenen per- und polyfluorierten Alkylverbindungen (PFAS) eingesetzt werden. PFAS sind Stoffe, die sehr lange in der Umwelt bleiben. Daher werden diese Stoffe, die sich auch in Lebewesen anreichern können, auch "Ewigkeitschemikalien" genannt.
Europaweit suchen Forscher daher nach Alternativen zu den PFAS in der Energietechnik. Und es gibt noch eine andere Hürde: der Einsatz von Iridium für die PEM-Elektrolyseure. Das extrem seltene Metall gehört zu den teuersten Metallen überhaupt und treibt die Herstellungskosten in die Höhe. Ein Anstieg der globalen Nachfrage könnte zu erheblichen Engpässen in der Versorgung und drastisch steigenden Kosten führen, was das Wachstum der grünen Wasserstoffproduktion verlangsamen würde, warnen Experten.
Unter der Leitung der Syddansk Universitet hat sich das von der Europäischen Kommission unterstützte Forschungsprojekt SUPREME ein ehrgeiziges Ziel gesetzt. Bis 2028 sollen PEM-Elektrolyseure entwickelt werden, die ohne "Ewigkeitsmaterialien" auskommen und deutlich weniger Iridium benötigen. Die Forschenden der TU Graz evaluieren und prüfen weltweit verfügbare alternative Materialien auf ihre Effizienz und Tauglichkeit für den industriellen Dauerbetrieb. Den Einsatz dieser Alternativen für die Synthese von Membranen erforscht der türkische Wissenschafts- und Technologierat TÜBITAK, der die nächste Generation mikroporöser PFAS-freier Membranen entwickelt.
Und gemeinsam mit dem britischen Metall- und Katalysatorunternehmen Ceimig arbeitet das Konsortium daran, den Einsatz von Iridium für die Katalysatoren um bis zu 75 Prozent zu senken und das Recycling des Metalls zu optimieren. Das Fraunhofer ISE in Deutschland produziert die Membran-Elektroden-Einheiten, während das norwegische Unternehmen Element One Energy AS einen innovativen rotierenden Elektrolyseur entwickelt. Insgesamt sollen so die Umweltbelastung minimiert und die Kosten für die Wasserstoffproduktion gesenkt werden.
