Grünen Wasserstoff erschwinglicher machen

Grüner Wasserstoff wird sowohl als kohlenstofffreier Kraftstoff wie auch als Rohstoff für die Stahl- oder Chemiebranche als Schlüssel bei der Energiewende angesehen. Der durch die Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mittels Elektrolyse und unter Verwendung von Strom aus erneuerbaren Ressourcen hergestellte grüne Wasserstoff erfreut sich zunehmender Beliebtheit. Aufgrund der hohen Produktionskosten wird jedoch seine Rentabilität in Frage gestellt. Um dieser Herausforderung zu begegnen, haben Fachleute des EU-finanzierten Projekts CHANNEL (Development of the most Cost-efficient Hydrogen production unit based on AnioN exchange membrane ELectrolysis) eine neuartige Technologie für die kostengünstige Wasserstoffproduktion durch Elektrolyse entwickelt.

Laut einer Pressemitteilung des CHANNEL-Projektpartners Evonik, sollte die von dem Unternehmen der Spezialchemie entwickelte Anionenaustauschermembran (AEM) „zum Durchbruch der elektrolytischen Produktion von Wasserstoff beitragen“. Die Anionenaustauschermembran bezieht sich auf feste Polymerelektrolytmembranen, die positive ionische Gruppen und mobile negativ geladene Anionen enthalten.

In derselben Pressemitteilung merkt Oliver Conradi von Evoniks strategischer Innovationseinheit Creavis an: „Mit unserer Membran könnte eine besonders effiziente und wirtschaftliche Elektrolyse-Technologie kommerziell realisiert werden.“ Er fügt weiter hinzu: „Die Polymerchemie der Membran ist der Schlüssel für die Leistungsfähigkeit und Effizienz der Elektrolyse. Und diesen Schlüssel halten wir nun in der Hand.“Wie in derselben Pressemitteilung erwähnt, ist die Elektrolyse mittels Anionenaustauschermembran vorteilhafter im Vergleich zu anderen elektrolytischen Verfahren wie der herkömmlichen alkalischen Elektrolyse unter Verwendung von Membranen oder der stark von Rohstoffen wie etwa Edelmetallen abhängenden Protonenaustauschmembran. „Die AEM-Elektrolyse verspricht geringere Investitionskosten, denn der Betrieb unter alkalischen Bedingungen ermöglicht edelmetallfreie und damit deutlich preiswertere Werkstoffe für die Zellen. Darüber hinaus zeichnet sie sich durch eine hohe Stromdichte, eine sehr gute Effizienz und hohe Flexibilität in der Stromeinspeisung aus.“ Die hohe Leitfähigkeit der Anionenaustauschermembran gilt als weiterer Vorteil.Das Projekt CHANNEL läuft bis Dezember 2022. Das Ziel ist die Entwicklung eines kostengünstigen und effizienten Elektrolyseurs unter Verwendung von „Elektrokatalysatoren der Nicht-Platingruppen-Metalle, porösen Transportschichten, Stromabnehmern, bipolaren Platten, modernsten Anionenaustauschermembranen sowie Ionomeren“, wie auf der Projektwebsite angemerkt. „Dies ermöglicht die Entwicklung einer Elektrolyseurtechnologie zu Kapitalkosten (CAPEX), die denen der klassischen alkalischen Elektrolyse entsprechen oder darunter liegen. Im Gegensatz zur alkalischen Technologie wird der CHANNEL-Elektrolyseur auf Grundlage von Anionenaustauschermembranen jedoch einen Wirkungsgrad und eine Stromdichte aufweisen, die denen eines Protonenaustauschmembran-Elektrolyseurs (PEMWE) nahe kommen.“ Auf der Projektwebsite heißt es weiter: „Der CHANNEL-Stack führt nicht nur zu einer verringerten Elektrolyseur-Teilezahl, sondern kann auch bei Differenzdruck und unter dynamischem Betrieb eingesetzt werden, was für die Erzeugung von qualitativ hochwertigem und kostengünstigem Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen optimal ist.“