Die Technische Universität Chemnitz ist aktiv an einem innovativen Verbundprojekt zur Wasserelektrolyse beteiligt, das den Titel „Fluorine-free water electrolysis development (FFWD)“ trägt. Dieses Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert und hat zum Ziel, fluorfreie saure Polymermembranen für großskalige Elektrolyseure zu entwickeln. Projektleiter ist die Universität Freiburg, während das Konsortium aus mehreren Partnern besteht, darunter die Université de Lorraine sowie das Start-up ionysis und der Elektrolyseur-Hersteller Elogen, wie die TU Chemnitz berichtet.
Die gegenwärtigen Elektrolyseure verwenden oft das Membranmaterial Nafion, das zur Gruppe der poly- und perfluorierten aliphatischen Substanzen (PFAS) zählt. Diese Substanzen sind bekannt für ihre umweltschädlichen Eigenschaften, da sie nicht abbauen und sich in der Umwelt anreichern. Daher wird die Entwicklung von fluorfreien Alternativen als notwendig erachtet. Es wird besondere Aufmerksamkeit auf die Herausforderungen gelegt, die bei der Entwicklung neuer Materialien entstehen, da diese vergleichbare Eigenschaften wie die fluorhaltigen Materialien aufweisen müssen. Professor Dr. Michael Sommer hebt die Anforderungen an die neuen Polymermembranen hervor, die mechanische und ionenleitende Eigenschaften, Stabilität und eine wirtschaftliche Produktion beinhalten müssen.
Entwicklung neuer Technologien und Nachhaltigkeit
Das Projekt „Fluorfreie-MEA“, ein weiterer Schritt zur Entwicklung kostengünstiger fluorfreier Membran-Elektroden-Einheiten für die Wasserelektrolyse, wird in Kooperation mit der Fumatech BWT GmbH und der Universität Freiburg durchgeführt. Die Technologie basiert auf polymerelektrolyt-Membran-gestützter Wasserelektrolyse, die eine zentrale Rolle bei der Herstellung von grünem Wasserstoff spielt, so Hahn-Schickard.
Die neuen Membranmaterialien, die auf fluorfreien Kohlenwasserstoffen basieren, versprechen Vorteile wie geringere Gaspermeabilität und eine höhere Stabilität bei Temperaturen über 80 °C. Außerdem ermöglichen sie eine potenziell günstigere und umweltfreundlichere Herstellung, da keine Fluorchemie in der Synthese erforderlich ist. Dieses Vorhaben ist Teil eines größeren Programms des Bundesministeriums für Bildung und Forschung, das den Übergang zu nachhaltigen Wasserstofftechnologien vorantreiben soll, unterstützt durch die Akteure der Wasserstoff-Leitprojekte.
Wasserstofferzeugung als Schlüssel zur Energiewende
Die Erzeugung von grünem Wasserstoff stellt einen der zentralen Aspekte der Energiewende dar. Elektrolyseverfahren zerlegen Wasser mithilfe von elektrischem Strom in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2). Insbesondere die PEM-Elektrolyse zeigt sich aufgrund ihrer hohen Stromdichte, kompakten Bauweise und dynamischen Anpassungsfähigkeit als vielversprechend. Diese Technologien erfahren derzeit eine Phase des Scale-Ups und sind auf dem Weg zur Kostenreduktion, wie Fraunhofer zuschreibt.
Die Perspektiven für die Wasserstoffproduktion sind vielversprechend. Deutschland benötigt bis 2030 schätzungsweise 78 Terawattstunden (TWh) Wasserstoff und 294 TWh bis 2050. Besonders die Anionenaustauschmembran-Elektrolyse (AEMEL) stellt eine vielversprechende Möglichkeit zur Effizienzverbesserung dar. Diese Technologien, die darauf abzielen, die Herausforderungen der Wasserstofferzeugung anzugehen, werden aktiv erforscht und entwickelt, um die gesteckten Ziele der Energiewende zu erreichen.
Insgesamt zeigen die Forschungsprojekte zur fluorfreien Wasserelektrolyse das Engagement der Wissenschaftler, innovative Lösungen für die Herausforderungen der gegenwärtigen Wasserstofftechnologien zu finden. Diese Initiativen sind ein entscheidender Schritt auf dem Weg zu einer nachhaltigeren und umweltfreundlicheren Energiezukunft.