Die Polymerchemie der AEM-Membran von Evonik ist der Schlüssel für die Leistungsfähigkeit und Effizienz der Wasser-Elektrolyse. (Bild: Evonik)
Grüner Wasserstoff gilt als Hoffnungsträger der Energiewende. Zum einen dient er als CO2-freier Energieträger für die Industrie und die Mobilität, zum anderen ist Wasserstoff ein wichtiger Rohstoff für die chemische Industrie. Grüner Wasserstoff wird mit Strom aus erneuerbaren Quellen in einer Elektrolyse aus Wasser gewonnen. Noch ist er deutlich teurer als konventioneller Wasserstoff, der in der Regel aus Methangas und unter Bildung von Kohlendioxid hergestellt wird. Für die Wirtschaftlichkeit von grünem Wasserstoff sind neben günstigem Öko-Strom die Investitionskosten des Elektrolyseurs entscheidend.
Zentrale Komponente des Elektrolyseurs, die Wirkungsgrad und Zuverlässigkeit ganz wesentlich beeinflusst, ist eine ionenleitende Membran. Evonik hat nun eine neuartige anionenleitende Membran (AEM für Anion Exchange Membrane) entwickelt: „Mit unserer Membran könnte eine besonders effiziente und wirtschaftliche Elektrolyse-Technologie kommerziell realisiert werden“, sagt Oliver Conradi, der bei der strategischen Innovationseinheit Creavis von Evonik für die Membranforschung zuständig ist.
„Polymerchemie ist der Schlüssel“
Die Entwicklung der Creavis-Forscher und der Experten des Bereichs High Performance Polymers im Innovationswachstumsfeld Membranen besteht aus einem widerstandsfähigen Polymer mit exzellenten Leistungskennzahlen. Conradi ergänzt: „Die Polymerchemie der Membran ist der Schlüssel für die Leistungsfähigkeit und Effizienz der Elektrolyse. Und diesen Schlüssel halten wir nun in der Hand.“ Die Elektrolyse mit anionenleitenden Membranen hat gegenüber anderen elektrolytischen Verfahren wie der klassischen Flüssig-Elektrolyse mit Diaphragma (AEL) oder der neueren PEM-Elektrolyse (kurz für Proton Exchange Membrane) unter sauren Bedingungen klare Vorteile. Die AEM-Elektrolyse verspricht geringere Investitionskosten, denn der Betrieb unter alkalischen Bedingungen ermöglicht edelmetallfreie und damit deutlich preiswertere Werkstoffe für die Zellen. Darüber hinaus zeichnet sie sich durch eine hohe Stromdichte, eine sehr gute Effizienz und hohe Flexibilität in der Stromeinspeisung aus.
Im Forschungsprojekt „Channel“ soll ein AEM-Elektrolysesystem mit den neuen Evonik-Membranen entstehen. Der Name „Channel” steht für „Cost-efficient Hydrogen production unit based on ANionN exchange membrane Electrolysis“. Das Projekt hat eine Laufzeit von drei Jahren. Die Europäische Union fördert das Projekt über das Forschungsprogramm „Horizon 2020“ mit etwa 2 Mio. Euro. Projektpartner sind, neben Evonik für die AEM-Membran, die niederländische Shell als Wasserstoff-Nutzer, Enapter (Italien) als Anlagenbauer für den Elektrolyseur, das Forschungszentrum Jülich für die Membran-Elektroden-Einheit, die Technisch-Naturwissenschaftliche Universität Norwegens (NTNU) für die Katalysatoren und SINTEF als unabhängige Forschungsorganisation in Norwegen für die Projektkoordination. Damit bildet das Projektkonsortium die komplette Wertschöpfungskette zur Herstellung von grünem Wasserstoff ab.
Wasserstoff-Projekte in Europa
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