Grüner Wasserstoff gilt als wichtiger Energieträger der Energiewende, ist in der Herstellung jedoch deutlich teurer als konventionell erzeugter Wasserstoff aus fossilen Quellen. Aktuell werden über 90 Prozent des Wasserstoffs aus fossilen Energieträgern gewonnen.
Ein wesentlicher Kostenfaktor sind die Materialien in Elektrolyseuren. Forschende der Empa entwickeln daher gemeinsam mit Partnern neue Ansätze, um die Effizienz zu steigern und gleichzeitig die Kosten zu senken.
Fokus auf PEM-Elektrolyse
Im Zentrum der Arbeiten steht die «Polymer Electrolyte Membrane Water Electrolysis» (PEMWE). Diese Technologie ist effizient und gut mit schwankender Energie aus erneuerbaren Quellen kompatibel, stellt jedoch hohe Anforderungen an die eingesetzten Materialien.
Die korrosive Umgebung im Elektrolyseur führt dazu, dass selbst widerstandsfähige Materialien beschädigt werden. Konstantin Egorov beschreibt dies so: «wie Zucker in einer Tasse Tee».
Um Korrosion zu vermeiden, werden bisher Titan und Platin eingesetzt, was die Kosten erheblich erhöht.
Alternative Materialien im Test
Die Empa-Forschenden arbeiten an einer Alternative: Edelstahlkomponenten werden mit einer speziellen Form von Titanoxid beschichtet. Dieses sogenannte hochkristalline sauerstoffarme Rutil bietet sowohl gute Leitfähigkeit als auch hohe Korrosionsbeständigkeit.
«Stahl ist nicht nur günstiger, sondern auch viel einfacher zu verarbeiten. Das ermöglicht neue, fortschrittliche Komponentendesigns, die die Effizienz der Zelle steigern», erklärt Egorov. Ziel ist es, das teure Platin zu ersetzen und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit der Elektrolyseure zu erhalten.
Skalierung für die Industrie
Die Beschichtung erfolgt mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD), einem in der Industrie etablierten Verfahren. Erste Tests zeigen, dass beschichtete Komponenten wie die bipolare Platte eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
Aktuell arbeiten die Forschenden an der Beschichtung weiterer Bauteile wie der porösen Transportschicht. Das Projekt läuft noch bis 2026, danach wird eine Weiterentwicklung in Richtung industrieller Anwendung angestrebt.