1.000 Stunden Laufzeit Montag, 08.02.2016

Jülicher Forscher entwickeln kosteneffektive Energiespeichermethoden

Im Projekt Ekolyser entwickeln Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich zusammen mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie Methoden für die Produktion von Wasserstoff mittels Elektrolyse von Wasser. In einer neuen Testanlage erprobten sie robustere und kostengünstige Werkstoffe. Der Prototyp hat nun seine vorgesehene Laufzeit von 1000 Stunden erreicht. Bis 2020 soll die entwickelte Technologie für die breite Anwendung einsatzfähig sein.

Der Elektrolyseur besteht aus zwei Halbzellen, die durch eine protonendurchlässige Polymermembran getrennt sind. Beide Seiten der Membran sind mit dünnen Edelmetall-Schichten versehen die als Elektroden dienen. An diesen wird eine äußere Spannung angelegt, und die Halbzelle auf der Anodenseite wird mit Wasser geflutet. Die katalytische Wirkung der Elektroden führt zur Zersetzung des Wassers: Es entstehen Sauerstoff, freie Elektronen und positiv geladene Wasserstoff-Ionen (Protonen). Die Ionen treten durch die Membran, und kombinieren mit den Elektronen zu Wasserstoff. Für ein effizientes System werden mehrere dieser Zellen in sogenannten Stacks hintereinander geschaltet. Dünne Platten aus porösem Titan (hellgrau) dienen als Stromkollektoren und Separatoren zwischen den einzelnen Zellen eines solchen Stacks. Sie wurden im Ekolyser-Prototyp durch strukturierte Edelstahlbleche ersetzt.

Im Gegensatz zu anderen Elektrolysearten benötigt die PEM-Elektrolyse keine bedenklichen Chemikalien. Sie ist außerdem leistungsfähiger: Ihr Nachteil ist der hohe Preis. Der Wirkungsgrad beträgt derzeit rund 70 Prozent.  Der hergestellte Wasserstoff ist zu teuer, insbesondere die als Katalysatormaterial und Separatoren verwendeten Edelmetalle treiben den Preis in die Höhe. Der Edelmetallanteil in den Katalysatorbeschichtungen und Separatorplatten soll stark reduziert oder sogar vollständig durch preiswertere Materialien ersetzt werden.  Die aktive Fläche der einzelnen Zellen des derzeitigen Prototypen beträgt 300 cm2, in einem geplanten neuen Zellstapel sollen es 1000 cm2 pro Zelle werden. Damit ließe sich dann schon mehr als ein Megawatt elektrischer Leistung in Wasserstoff wandeln und speichern. Zum Vergleich: die Nennleistung großer Windenergieanlagen liegt etwa zwischen zwei und sieben Megawatt.

Bild: Forschungszentrum Jülich - Schematischer Aufbau eines PEM-Elektrolyseurs


08.02.2016
KK