Nach zwei Jahren Forschungs- und Entwicklungsarbeit wurde das deutsch-chilenische Projekt Power-to-MEDME-FuE erfolgreich abgeschlossen. Im Zentrum stand die nachhaltige Produktion von grünem Wasserstoff sowie der Derivate Methanol und Dimethylether (DME) in Chile. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP entwickelten Iridium-reduzierte Katalysatoren für die Wasserstoffelektrolyse. Diese senken die Kosten für die Erzeugung von Wasserstoff und sind über ein einzigartiges Verfahren skalierbar – eine zentrale Grundlage, um Wasserstoff im industriellen Maßstab zu erzeugen und wirtschaftlich zu nutzen.
Neue PEM-Katalysatoren mit geringerem Iridium-Anteil
Katalysatoren sind unverzichtbare Bausteine für die Erzeugung von Wasserstoff in Elektrolyseuren. Sie beschleunigen elektrochemische Reaktionen und machen sie damit oft erst wirtschaftlich nutzbar. Bewährter Katalysator für die Wasserelektrolyse ist das Edelmetall Iridium. Weltweit kommt Iridium jedoch nur selten vor; die Nutzung ist kostspielig. Forschende am Fraunhofer IAP haben neuartige Katalysatoren für Elektrolyseure mit Protonenaustauschmembran (PEM) synthetisiert, die mit deutlich weniger Iridium auskommen als bislang üblich – ganz ohne Leistungseinbußen.
»Unsere neu entwickelten Katalysatoren enthalten lediglich sieben Milligramm Iridium auf einer Fläche von 25 Quadratzentimetern, erreichen aber die Leistungsfähigkeit von Schichten mir viermal so viel Iridium«, erläutert Dr. Christoph Gimmler, Leiter der Abteilung Nanoskalige Energie- und Strukturmaterialien im Forschungsbereich Zentrum für Angewandte Nanotechnologie CAN des Fraunhofer IAP.
Erste Tests bestätigen, dass der Leistungsstandard erreicht wird, obwohl der Iridium-Gehalt deutlich geringer ist. »Durch die neuartigen Katalysatoren reduzieren wir den Bedarf an teurem Iridium deutlich, senken die Kosten für die Erzeugung von Wasserstoff und schaffen finanziell tragfähige Lösungen für die Wasserstoffwirtschaft«, betont Gimmler. In einem nächsten Schritt sollen Langzeittests erfolgen. Hierfür sucht das Forschungsteam Projektpartner.
Nanopartikel als Treiber für die Energiewende
Die Entwicklung innovativer Materialien für Energieanwendungen ist ein wesentlicher Bestandteil der Forschungsarbeit am Fraunhofer IAP. Effiziente und kostengünstige Katalysatoren für die Elektrolyse und den Einsatz in Brennstoffzellen sind die Grundlage für die Erzeugung und die Nutzung von Wasserstoff und damit für die Energiewende. Um die neu entwickelten Katalysatoren rasch wirtschaftlich konkurrenzfähig zu machen, setzen die Forschenden auf eine skalierbare Syntheseführung: die kontinuierliche Flusssynthese.
Das am Fraunhofer IAP entwickelte und patentierte Verfahren ermöglicht es, hochwertige und präzise definierte Katalysatornanopartikel im industriellen Maßstab herzustellen – eine Schlüsselvoraussetzung für den Übergang von der Wasserstoff- und Energieforschung hin zur kommerziellen Anwendung, den die Hightech-Agenda der Bundesregierung mit dem Lab to Fab-Konzept vorgibt.