Neuartige Elektrodenmaterialien sollen die effiziente Wasserstoffherstellung aus regenerativen Energiequellen preiswerter machen

Für das Gelingen der Energiewende sind passende Speichertechnologien eine wichtige Voraussetzung. Wasserstoff kann, wenn er mithilfe Erneuerbarer Energien erzeugt wird, als wichtiger Energieträger fungieren. Um die Produktion möglichst wirtschaftlich zu gestalten, forschen Wissenschaftler im Verbund-Forschungsvorhaben »Neuartige poröse 3D-Elektrodenmaterialien zur effizienteren alkalischen Wasserelektrolyse (AEL3D)« an der BTU Cottbus–Senftenberg. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) fördert das dreijährige Projekt mit einem Gesamtbudget von rund 2,5 Mio. €. Der Lehrstuhl Kraftwerkstechnik von Prof. Hans-Joachim Krautz ist mit einem Fördervolumen von 819.000 € beteiligt.

Im Mittelpunkt der Forschungen steht die Weiterentwicklung der alkalischen Elektrolyse für die großtechnische Erzeugung von Wasserstoff aus regenerativen Energiequellen, dem sogenannten grünen Wasserstoff. Dabei liegt der Hauptfokus auf der auch für Brandenburg immer wichtiger werdenden Langzeitspeicherung. Für die alkalische Elektrolyse sind hocheffiziente Elektroden eine Schlüsselkomponente. Daher sollen im Verbundvorhaben neuartige poröse, dreidimensionale Elektrodenmaterialien entwickelt und anwendungsbezogen charakterisiert werden.

Neben der Erforschung der elektrokatalytischen und strömungstechnischen Eigenschaften wird auch die Entwicklung innovativer, durchströmbarer Elektrodenformen und Zellarchitekturen einbezogen. Auf diese Weise werden die effektiven Stromdichten bei gezielter Gasabfuhr und niedrigen Überspannungen deutlich erhöht. Im Ergebnis kann grüner Wasserstoff billiger und effizienter aus regenerativem Strom hergestellt werden. Unter Leitung von Dr. Ulrich Fischer entwickelt und betreibt das Team vom Lehrstuhl Kraftwerkstechnik am Wasserstoff- und Speicher-Forschungszentrum Teststände mit erweiterten Messmöglichkeiten für die Präqualifizierung der neuartigen Elektroden und Zellgeometrien. Die leistungsfähigsten Elektroden werden dann im technischen Maßstab am 60-bar-Druckelektrolyseur des Wasserstoffzentrums unter realen Betriebsbedingungen getestet.

Im Projektkonsortium arbeiten renommierte Forschungseinrichtungen aus dem Bereich der Wasserstoff- und Energietechnologie sowie der Materialwissenschaft zusammen. Zu ihnen gehören neben der Brandenburgischen Technischen Universität das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM, Institutsteil Dresden), das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Ulm und die Technischen Universität Berlin. Das Konsortium wird durch einen Industriebeirat ergänzt,
der sich aus namhaften Elektrolyseherstellern, Anlagenbauern, Zulieferern und Endanwendern zusammensetzt. Auf diese Weise wird ein hohes wirtschaftliches Verwertungspotenzial sichergestellt.

Hintergrund

Das AEL3D-Projekt steht im Kontext des Regierungsprogramms Wasserstoff und Brennstoffzellentechnologie (2016 bis 2026), in dessen Rahmen eine klimaneutrale und emissionsfreie Wasserstoffmobilität und der Ausbau einer Wasserstoffinfrastruktur eine zentrale Rolle spielen. Die BTU setzt damit die Forschungsaktivitäten des Verbundvorhabens »Wissenschaftliche Forschung zu Windwasserstoff-Energiespeichern – WESpe« der Energiespeicher-Forschungsinitiative des Bundes sowie des vom Land Brandenburg geförderten Projekts »AEL-MALFE - Alkalische Elektrolyse - Membranelektrolyse mit anionen-leitfähigem Festelektrolyt« am Wasserstoff- und Speicher-Forschungszentrum fort.