Wasserelektrolyseure der nächsten Generation ZSW und Holst Centre entwickeln groß-skalierbare AEM-Elektrolyseure

Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) und das Holst Centre in der niederländischen Region Noord-Brabant arbeiten gemeinsam an innovativen Ansätzen zum Design und zur Produktion kosteneffizienten, größenskalierbarer AEM-Elektrolyseure. Im Projekt "genAEMStack" werden neue Komponenten und Fertigungsverfahren erprobt. Ziel ist ein Elektrolyse-Stack mit hohem europäischen Mehrwert, der Unternehmen aus den beiden Regionen als Entwicklungsplattform für eigene Produktentwicklungen und den Aufbau von regionalen Wertschöpfungsketten dienen soll. Das Wirtschaftsministerium des Landes Baden-Württemberg fördert das ZSW aus dem europäischen Fond für regionale Entwicklung (EFRE) mit rund 1,6 Millionen Euro. Das Projekt hat eine Laufzeit von 2,5 Jahren.

Unternehmen nutzen heute zwei kommerziell verfügbare Elektrolyseverfahren: Die alkalische Elektrolyse (AEL) mit ihrem hohen technologischen Reifegrad lässt sich sehr gut skalieren und eignet sich deshalb besonders für große Wasserstoffproduktionsanlagen. Sie kommt ohne teure, ressourcenkritische Edelmetalle aus und ist daher kostengünstig, reagiert aber nur begrenzt dynamisch auf Betriebsanforderungen. 

Die Polymerelektrolytmembran-Elektrolyse (PEMEL) liefert eine höhere Leistungsdichte und ermöglicht zudem einen dynamischen Anlagenbetrieb, erfordert jedoch teure, ressourcenkritische Edelmetalle wie Platin oder Iridium. 

Die noch junge AEMEL-Technologie (Anionen-leitende Polymerelektrolytmembran-Elektrolyse) kombiniert die Vorteile von AEL und PEMEL. Es besteht jedoch noch großer Entwicklungsbedarf auf der Komponenten- und Stackebene, um einen vergleichbaren Reifegrad wie AEL und PEMEL zu erreichen.

Vom Labor zum Prototyp

Die Herstellungskosten von grünem Wasserstoff über Wasserelektrolyse bestimmen maßgeblich Investitionsentscheidungen. Für den kommerziellen Erfolg der AEMEL-Technologie müssen daher neben effizienten und langlebigen Komponenten auch serientaugliche, skalierbare und kostengünstige Designs und Produktionstechnologien entwickelt werden.

Genau hier setzt das Projekt genAEMStack an, wobei ZSW und Holst Centre auf komplementäre Schwerpunkte setzen: Das ZSW konzentriert sich auf das Design und die Herstellung eines serientauglichen, skalierbaren AEMEL-Stacks und auf Modellierungsansätze für die Membran-Elektroden-Einheiten (MEA). Zunächst wollen die Forscher den Stack im Labormaßstab in der elektrischen Leistungsklasse von rund 10 kW umsetzen. In einer späteren Phase planen die Partner, das Aggregat auf eine kommerziell relevante Leistungsklasse von über 100 kW zu skalieren. Die neu entwickelten AEMEL-Komponenten und Stackprototypen werden in den Prüfständen des Elylab-Testzentrums am ZSW in Stuttgart getestet.

Das Holst Centre konzentriert sich neben Kostenstrukturanalysen auf die Entwicklung verbesserter poröser Transportschichten (PTL) mit Strömungsfeldintegration insbesondere auf katalytische Beschichtungen und Schutzbeschichtungen, die Validierung der Innovationen im Labormaßstab und die Integration dieser neuartigen Technologien in Elektrolyseur-Architekturen der nächsten Generation.

Einbindung der Industrie

Der neue herstellerunabhängige AEMEL-Stack soll interessierten Unternehmen als Grundlage für Eigenentwicklungen zur Verfügung stehen. Die Ansprache und Einbindung interessierter Unternehmen während des Projektes erfolgt im Schulterschluss mit der Innovationsagentur des Landes Baden-Württemberg e-mobil BW und der Wirtschaftsförderung Brabant.