Verbundprojekt: Innovative alkalische Membran-Elektroden-Designs für kostengünstigen grünen Wasserstoff im Gigawatt-Maßstab Teilvorhaben: PTL- und Katalysatorschichtentwicklung, AEM-Stack Test, Analyse, Verwertung, Verbreitung d. Ergebnisse

Die vollständige Umstellung des Energiesektors von einer auf fossilen Energieträgern basierenden Wirtschaft zu einer auf erneuerbaren Energien basierende Wirtschaft, ist das ehrgeizige Ziel der Industrieländer bis 2050 Klimaneutralität. Daraus leitet sich unmittelbar die Entwicklung einer Wasserstoffwirtschaft ab, um einerseits die fluktuierenden erneuerbaren Energien zu puffern und andererseits den Strom-, Wärme- & Verkehrssektor zu vernetzen sowie schwer abbaubare Sektoren wie die Stahlerzeugung und Raffinerien mit erneuerbaren Rohstoffen zu versorgen. Allein für Deutschland ergibt sich daraus ein H2 Bedarf von 78 TWh für 2030 und 294 TWh für 2050. Die erforderliche Elektrolysekapazität hängt stark von der Effizienz der Technologie ab, wird aber in der Größenordnung von 44 GW Kapazität für 2030 und 213 GW Kapazität für 2050 liegen. Dieses Modell basiert jedoch auf einer Steigerung des Wirkungsgrads der Elektrolyse-Technologie um 12% zwischen 2030 und 2050. Um dies zu erreichen, müssen die bestehenden Elektrolysetechnologien (alkalische Elektrolyse - AEL, Polymerelektrolytmembran-Elektrolyse - PEMEL, Festoxid-Elektrolysezelle - SOEC) weiterentwickelt werden, und neue, effizientere Technologien müssen ihren Weg zur Marktreife finden. Das hier vorgestellte Projekt sieht in der Anionenaustauschmembran-Elektrolyse (AEMEL) die vielversprechendste Technologie, um bis zum Jahr 2030 eine effizienzgesteigerte Elektrolyse mit Zellspannungen von 1,8 V bei einer Stromdichte von 1,5 A/cm² zu etablieren. Die Hauptvorteile der Technologie liegen darin, dass der ohmsche Innenwiderstand durch den Einsatz einer AEM signifikant reduziert werden kann. Im Gegensatz zur Polymerelektrolytmembran-Elektrolyse (PEMEL) erlaubt das alkalische Medium die Verwendung von Übergangsmetallen in allen Anlagenkomponenten. Damit ist eine niedrige Kritikalität für alle Materialien gegeben und eine Skalierung der Technologie zur Reduzierung der Kosten (Economy of Scale) funktioniert.