Obwohl grüner Wasserstoff als essenzieller Pfeiler der globalen Energiewende gilt, hemmen derzeit noch erhebliche wirtschaftliche und ökologische Barrieren seinen Durchbruch. Ein zentrales Problem stellt die PEM-Elektrolyse (Proton Exchange Membrane) dar: Sie kann zwar ideal auf die schwankende Stromeinspeisung aus Wind- und Solarkraft reagieren, ist jedoch im Vergleich zu fossilen Verfahren sehr teuer. Zudem steht die ökologische Bilanz in der Kritik, da die Technologie bislang auf gesundheits- und umweltgefährdende „Ewigkeitschemikalien“ (PFAS) angewiesen ist, für die die EU bereits Verbote plant. Hier setzt das internationale Forschungsprojekt SUPREME an: Unter der Leitung der Universität Süddänemark und mit Beteiligung der TU Graz entwickelt ein Team in den nächsten drei Jahren eine PFAS-freie, hocheffiziente Elektrolysetechnologie. Durch den Verzicht auf die kritischen Chemikalien und eine deutliche Reduktion seltener Metalle wie Iridium soll die Produktion von grünem Wasserstoff künftig nicht nur nachhaltiger, sondern auch wesentlich kostengünstiger werden.
Wichtiger Schritt zur grünen Wende
Die industrielle Bedeutung von Wasserstoff als Rohstoff ist bereits immens und wird künftig in Sektoren wie der Stahlindustrie, der Ammoniakproduktion oder der Methanolherstellung weiter massiv ansteigen. „Wasserstoff kommt als Rohstoff in sehr großen Mengen zum Einsatz, was in der Zukunft weiter ansteigen wird. Hier zu nennen sind etwa die Produktion von Ammoniak, die Methanolherstellung oder die Stahlindustrie“, sagt Merit Bodner vom Institut für Chemische Verfahrenstechnik und Umwelttechnik der TU Graz. „Wenn es uns gelingt, bei der Herstellung von grünem Wasserstoff auf schädliche Stoffe zu verzichten und wir ihn noch dazu wirtschaftlich auf ein ähnliches Preisniveau wie fossilen Wasserstoff bringen, haben wir einen wichtigen Schritt zur grünen Wende gemacht. Außerdem macht ihn das auch für andere Anwendungen attraktiver, etwa als Speicher von Energieüberschüssen aus Erneuerbaren.“
In diesem Kontext übernimmt die TU Graz eine Schlüsselrolle innerhalb des aktuellen Forschungsprojekts. Das Team um Merit Bodner evaluiert verfügbare PFAS-freie Alternativmaterialien und stellt diese den bisherigen Industriestandards gegenüber. Im Fokus steht dabei die Frage, ob diese nachhaltigen Substanzen im industriellen Dauereinsatz die nötige Effizienz und Haltbarkeit aufweisen, um herkömmliche Materialien vollwertig zu ersetzen. Parallel dazu widmet sich der türkische Wissenschafts- und Technologierat TÜBITAK der Entwicklung einer neuen Generation mikroporöser, PFAS-freier Membranen, um die technologische Basis für eine saubere Wasserstoffwirtschaft zu schaffen.
Iridium reduzieren und rezyklieren
Die drastische Reduktion des kostspieligen Edelmetalls Iridium steht im Fokus der gemeinsamen Forschungsarbeit der Universität Süddänemark und des britischen Spezialisten Ceimig. Das Ziel ist es, den Bedarf an diesem seltenen Katalysatormaterial um bis zu 75 Prozent zu senken und gleichzeitig Verfahren zu etablieren, mit denen rund 90 Prozent des verbleibenden Iridiums rezykliert werden können. Parallel dazu fertigt das Fraunhofer ISE die zentralen Membran-Elektroden-Einheiten für das System an. Die technische Umsetzung wird durch das norwegische Unternehmen Element One Energy AS (EoneE) vervollständigt, das einen neuartigen rotierenden Elektrolyseur entwickelt, um die Effizienz der Wasserstoffproduktion auf ein neues Niveau zu heben.