„Die Wasserelektrolyse ist die Schlüsseltechnologie für klimaneutralen, grünen Wasserstoff - und zentral für die Erfüllung der EU-Verordnung „Strategische Technologien für Europa“ (STEP). Denn Wasserstoff, der in Europa durch Elektrolyse hergestellt wird, muss nicht importiert werden und vermeidet die Abhängigkeit von Lieferländern außerhalb Europas. Besonders wertvoll ist dies, wenn Elektrolyseure eingesetzt werden, die einen wesentlichen Beitrag zur industriellen Wertschöpfung in der EU leisten.“, erläutert Dr. Marc-Simon Löffler, Fachgebietsleiter am ZSW für die Elektrolyseentwicklung.
Heute nutzen Unternehmen zwei kommerziell verfügbare Elektrolyseverfahren: Die alkalische Elektrolyse (AEL) mit ihrem hohen technologischen Reifegrad lässt sich sehr gut skalieren und eignet sich deshalb besonders für große Wasserstoffproduktionsanlagen. Sie kommt ohne teure und ressourcenkritische Edelmetalle aus und ist daher kostengünstig, reagiert aber nur begrenzt dynamisch auf Betriebsanforderungen. Die Polymerelektrolytmembran-Elektrolyse (PEMEL) liefert eine höhere Leistungsdichte und ermöglicht zudem einen dynamischen Anlagenbetrieb, erfordert jedoch teure und ressourcenkritische Edelmetalle wie Platin oder Iridium. Die noch junge AEMEL-Technologie (Anionen-leitende Polymerelektrolytmembran-Elektrolyse) kombiniert die Vorteile von AEL (kein Edelmetalleinsatz) und PEMEL (hohe Leistungsdichte und dynamischer Betrieb). Es besteht jedoch noch großer Entwicklungsbedarf auf der Komponenten- und Stackebene, um einen vergleichbaren Reifegrad mit dem der AEL und PEMEL zu erreichen.
Vom Labor zum Prototyp: Der AEMEL-Stack
Die Herstellungskosten von grünem Wasserstoff über Wasserelektrolyse bestimmen maßgeblich Investitionsentscheidungen. Für den kommerziellen Erfolg der AEMEL-Technologie müssen daher neben effizienten und langlebigen Komponenten auch serientaugliche, skalierbare und kostengünstige Designs und Produktionstechnologien entwickelt werden.
Genau hier setzt das Projekt „genAEMStack“ an, wobei ZSW und Holst auf komplementäre Schwerpunkte setzen: Das ZSW konzentriert sich auf das Design und die Herstellung eines serientauglichen, skalierbaren AEMEL-Stacks und auf Modellierungsansätze für die Membran-Elektroden-Einheiten (MEA). Zunächst wollen die Forscher den Stack im Labormaßstab in der elektrischen Leistungsklasse von rund 10 Kilowatt umsetzen. In einer späteren Phase planen die Partner, das Aggregat auf eine kommerziell relevante Leistungsklasse von über 100 Kilowatt zu skalieren. Die neu entwickelten AEMEL-Komponenten und Stackprototypen werden in den bestehenden Prüfständen des ElyLab-Testzentrums am ZSW in Stuttgart auf Herz und Nieren geprüft.
Das Holst Centre konzentriert sich neben Kostenstrukturanalysen auf die Entwicklung verbesserter poröser Transportschichten (PTL) mit Strömungsfeldintegration insbesondere auf katalytische Beschichtungen und Schutzbeschichtungen, die Validierung der Innovationen im Labormaßstab und die Integration dieser neuartigen Technologien in Elektrolyseur-Architekturen der nächsten Generation.
Die Einzigartigkeit dieser Zusammenarbeit liegt in den regionenübergreifenden technologischen und kommerziellen Brücken. „Die einzigartigen Kompetenzen unserer beiden Regionen können sich gegenseitig ergänzen und so nicht nur revolutionäre Technologien hervorbringen, sondern auch die Innovationen mit kommerziellen Partnern aus beiden Regionen orchestrieren“, kommentiert Emilio Manrique, Business Development Manager am Holst Centre.
Einbindung der Industrie
Der neuentwickelte, herstellerunabhängige AEMEL-Stack soll interessierten Unternehmen als Grundlage für Eigenentwicklungen zur Verfügung stehen. Die Ansprache und Einbindung interessierter Unternehmen während des Projektes erfolgt im Schulterschluss mit der Innovationsagentur des Landes Baden-Württemberg e-mobil BW und der Wirtschaftsförderung Brabant.