Wasserstoff: Zukunft für die Oberflächentechnik

Grüner Wasserstoff spielt bei der Reduktion der Treibhausgasemissionen in vielen Bereichen eine zentrale Rolle, im Verkehr, bei der Gebäudeheizung, der Stromerzeugung und damit auch bei energieintensiven Industrien. Der großtechnische Einsatz wird jedoch weiterhin durch die hohen Produktionskosten und insbesondere durch den Bedarf kostengünstiger und hochaktiver Elektrokatalysatoren begrenzt.

Im ersten Beitrag der Session werden die verschiedenen Typen von Elektrolyseuren für die Wasserstoffherstellung vorgestellt und hinsichtlich ihrer technischen Reifegrade eingeordnet. Basierend auf den technischen Grundlagen werden Chancen und Herausforderungen für die Galvanotechnik bei der Herstellung von Komponenten für Elektrolyseure diskutiert.

PEM-Elektrolyseure sind aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte, der Möglichkeit schneller Lastwechsel und ihrer Eignung für einen fluktuierenden Betrieb ideal für die Produktion von grünem Wasserstoff geeignet. Allerdings müssen die hohen Investitionskosten, die insbesondere durch teure Edelmetalle entstehen, noch deutlich gesenkt werden, um eine wirtschaftliche Produktion zu ermöglichen. Besonders das auf der Anode enthaltene Iridium ist eines der seltensten Elemente in der Erdkruste. Im vom BMFTR geförderten und vom Leibniz-Institut für Katalyseforschung geleiteten Verbundprojekt IREKA hat das Fraunhofer IPA seit 2021 elektrochemische Abscheidungsverfahren von Iridiumoxidschichten entwickelt. Das Ziel bestand darin, den Einsatz des teuren und seltenen Iridiums signifikant zu reduzieren, ohne Einbußen bei der elektrochemischen Aktivität und Beständigkeit hinnehmen zu müssen. Ein Vortrag stellt zum Projektabschluss die finalen Ergebnisse vor und zeigt welche Schritte für den Transfer in die industrielle Anwendung noch notwendig sind.
Die Anionenaustauschmembran-Wasserelektrolyse ist eine vielversprechende Technologie für die nachhaltige und kostengünstige Wasserstofferzeugung. Sie besticht durch einen dynamischen Betriebsmodus und ist nicht auf Edelmetallkatalysatoren angewiesen, was sie deutlich kostengünstiger macht als vergleichbare Technologien.

Im Rahmen des vom BMFT-geförderten Projekts AEM-Direkt zur Entwicklung effizienter, skalierbarer und wirtschaftlicher AEM-Elektrolyseure wurde ein chemisches Abscheidungsverfahren für haftfeste und unter Elektrolysebedingungen stabile NiP-Katalysatorschichten auf Anionenaustauschmembranen entwickelt, das im folgenden Vortrag vorgestellt wird.

Ein anderes Projekt befasst sich mit der elektrochemischen Abscheidung von langlebigen Ni-S-Katalysatoren für die AEM-Elektrolyse. Die Ergebnisse unterstreichen ihr Potenzial als effiziente und skalierbare Elektroden für diesen Einsatzbereich.