Zur Umsetzung der Energiewende haben sich die deutsche Bundesregierung und die Europäische Union ehrgeizige Ziele gesetzt. Der PEM-Elektrolyse (Proton Exchange Membrane) als Schlüsseltechnologie kommt dabei eine tragende Rolle zu, da sie aus erneuerbarem Strom grünen Wasserstoff zur Deckung des Bedarfs von industriellen Mengen erzeugen kann.
Um die definierten Ziele zu erreichen, muss die Produktion von PEM-Elektrolyseuren zur Serienreife gebracht werden. Für die in den Elektrolyseuren verbauten seltenen Rohstoffe Iridium und Platin ist eine Rohstoffstrategie nötig, um den Bedarf an Katalysatoren langfristig bedienen zu können. Diese sind für die Spaltung von Wasser in der PEM-Elektrolyse unverzichtbar. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert deshalb die Implementierung wichtiger Technologien für einen Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft im Leitprojekt H2Giga.
Innerhalb des Leitprojekts H2Giga zielen zwei Teilprojekte auf eben diese Serienreife ab, an denen Heraeus unter Konsortialführer Siemens Energy beteiligt ist. Konkret ist Heraeus hier für das Schließen des Wertstoffkreislaufs der kritischen Rohstoffe Iridium und Platin verantwortlich: Als Edelmetallexperte entwickelt Heraeus Katalysatoren für die PEM-Elektrolyse mit geringem Edelmetallgehalt und smarte Recycling-Lösungen, die das Problem der limitierten Rohstoffverfügbarkeit durch Rückgewinnung lösen helfen. Mit beiden Ansätzen soll der Ausbau der PEM-Elektrolyse im industriellen Maßstab ermöglicht werden.
Katalysatoren, die auf dem Edelmetall Iridium basieren, sind bei der PEM-Elektrolyse unabdingbar. Sie beschleunigen den Prozess der Sauerstoffentwicklung und somit die parallel ablaufende, platinkatalysierte Erzeugung von Wasserstoff.
Beim Recycling der knappen Rohstoffe sind eine Reihe konkreter Herausforderungen zu lösen. Das beinhaltet die Rückführung edelmetallhaltiger End-of-Life-Elektroden – also Elektroden am Ende ihres Lebenszyklus – aus PEM-Elektrolyseuren, sowie die Frage, wie diese Elektroden im nötigen Maßstab zu recyclingfähigem Material verarbeitet werden können. Insbesondere enthaltene Stoffe wie Fluor machen diesen Prozess anspruchsvoll. Auch die weitere Abtrennung und Aufreinigung von Iridium ist nicht trivial, und es bedarf besonderer und auch neuer Technologien, hier eine möglichst hohe Ausbeute zu erreichen.
(Quelle: Heraeus/2022)
