Anleitung zur Entwicklung neuer Katalysatoren

Im Jahr 2030 will die Bundesregierung bis zu 50 Prozent des deutschen Wasserstoff-Bedarfs im Land produzieren lassen. Um das zu erreichen, sind eine Elektrolyse-Kapazität von einer Million Kilowattstunden und die Skalierung der Hightech-Geräte von den idealen Laborbedingungen in die realen Industriemassstäbe erforderlich. In einer kürzlich veröffentlichten Anleitung zur Materialentwicklung hat eine Gruppe von 18 Forschenden aufgezeigt, wie neue Materialien für die elektrochemischen Prozesse im Labormassstab identifiziert und anschliessend in ein anwendungsnahes System überführt werden könnten.

Elektrolyseure sind Vorrichtungen, um eine Substanz in ihre Bestandteile zu zerlegen. Um diesen Prozess in Gang zu bringen und zu beschleunigen, sind Katalysatoren erforderlich. Trotz Bemühungen, solche Katalysatoren zu entwickeln, ist es noch nicht gelungen, Materialien für den flächendeckenden Einsatz in der Industrie herzustellen. In einem kürzlich veröffentlichten Artikel haben Forschende einen Workflow vorgestellt, der das schnelle Screening einer Vielzahl möglicher Anodenmaterialien und der einen zuverlässigen Materialvergleich über verschiedene Forschungsgruppen hinweg ermöglichen soll. «Der Workflow ist für verschiedene AEM-Elektrolysetests anwendbar und erfasst zudem Informationen zur Elektrodenstruktur als Bindeglied zwischen Materialdaten und elektrochemischen Kennwerten», Doris Segets von der Universität Duisburg-Essen. Bei der AEM-Elektrolyse handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff ohne Edelmetalle als Katalysatoren.

Entwicklung von Katalysatoren ist eine Herausforderung

«In der Praxis müssen die Materialien nicht nur im Labor, sondern auch unter realen Industriebedingungen funktionieren – und das für mindestens zehn Jahre. Angesichts der Vielfalt an potenziellen Materialien und unterschiedlichen Testmethoden gestaltet sich die Auswahl jedoch zunehmend schwierig», wie Erstautor Philipp Gerschel von der Ruhr-Universität Bochum (RUB) betont. Am Beispiel der alkalischen Sauerstoffentwicklung fokussiert sich der Artikel deswegen auf den Übergang von der Grundlagenforschung zur Anwendungsreihe.

Flächendeckende Produktion von Elektrolyseuren in zehn Jahren

Die Forscherinnen und Forscher erhoffen sich, mit diesem Workflow die Katalysatorentwicklung massgeblich voranzubringen und binnen zehn Jahren eine flächendeckende Produktion von Elektrolyseuren zu ermöglichen. Der vorgestellte blauf zur Identifizierung und systematischen Überführung der Materialien in den Industriemassstab sei das Ergebnis einer Kooperation der Universität Duisburg-Essen, des Zentrums für Brennstoffzellentechnik der Ruhr-Universität Bochum, des Fraunhofer UMSICHT und des Max-Planck-Instituts für chemische Energiekonversion im Rahmen des Dimension-Projekts. Insgesamt sind 18 Forschende aus verschiedenen Disziplinen, von der Chemie bis hin zur Verfahrenstechnik, beteiligt.

Weiterte Informationen:

Publikation des Workflows im Magazin Carbon Energy

Kommentare (0)

e-Paper

«AQUA & GAS» gibt es auch als E-Paper. Abonnenten, SVGW- und/oder VSA-Mitglieder haben Zugang zu allen Ausgaben von A&G.

Den «Wasserspiegel» gibt es auch als E-Paper. Im SVGW-Shop sind sämtliche bisher erschienenen Ausgaben frei zugänglich.

Die «gazette» gibt es auch als E-Paper. Sämtliche bisher erschienen Ausgaben sind frei zugänglich.

Elektrolyse von Wasser