PEM-Elektrolyse: Auf dem Weg zu deutlichen Verbesserungen für eine höhere Leistung und längere Lebensdauer

Zur Erreichung von Klimaneutralität ist die Erzeugung von grünem Wasserstoff für verschiedene Sektoren, wie die Hochtemperaturindustrie, die Chemieindustrie und Mobilität unabdingbar. Die Protonen-Austausch-Membran (PEM)-Elektrolyse bietet die Möglichkeit zur effizienten Erzeugung von Wasserstoff mittels erneuerbarer Energien. In PEMPIRE soll hierfür ein kostengünstiger und langzeitrobuster PEM-Elektrolyse-Stack entwickelt werden, der neuartige Materialien, wie Membran-Elektroden-Einheiten mit geringer Edelmetallbeladung, vorweist.

Ausgangslage

Um Klimaneutralität bis 2050 zu erreichen, wie sie im »European Green Deal« definiert ist, fördert die EU die Einführung von sauberen Wasserstofftechnologien in schwer zu elektrifizierenden Sektoren. Die EU-Wasserstoffstrategie, der »REPowerEU-Plan« und der »Net-Zero-Industry-Act« positionieren erneuerbaren Wasserstoff als strategische Säule für Dekarbonisierung und Energie-Resilienz. Die PEM-Elektrolyse ist in diesem Kontext entscheidend aufgrund ihres kompakten Designs, der Erzeugung von Wasserstoff auf hohem Druckniveau und ihrer Reaktionsfähigkeit auf volatile erneuerbare Energien. Im Projekt »PEMPIRE« soll hierfür ein kostengünstiges PEM-Stacksystem mit geringer Katalysatorbeladung, hoher Leistungsdichte und hoher Langzeitstabilität demonstriert werden.

Ziel

Ziel des Projektes ist es eine neue Generation skalierbarer und kosteneffizienter PEM-Elektrolyseure auf Technologiereifegrad 6 zu entwickeln und zu demonstrieren. Hierfür soll ein Stack mit 20 kW Leistung entwickelt und über 2000 Stunden charakterisiert werden. Durch die gemeinschaftliche Entwicklung von recycelbaren Katalysatoren und neuartigen Membran-Elektroden-Einheiten mit geringer Katalysatorbeladung, kombiniert mit optimierten Stack- und Balance of Plant (BoP)-Systemen und simulativen Analysen soll dieses Ziel erreicht werden.

Lösungsansatz

»PEMPIRE« kombiniert experimentelle mit simulativen Untersuchungen der im Projekt entwickelten Komponenten. Auf experimenteller Seite sollen Leistungs- und Langzeitcharakterisierungen der entwickelten Generationen von Membran-Elektroden-Einheiten auf Zellen- und Stacklevel durchgeführt werden. Die simulativen Untersuchungen fokussieren die Entwicklung von Degradationsmodellen und beschleunigten Alterungstests. Zudem sollen prädikative Studien durch techno-ökonomische Analysen und Lebenszyklusanalysen durchgeführt werden. Hiermit streben wir die Entwicklung eines systematischen Verständnisses von Haltbarkeit, Kostentreibern und Umweltauswirkungen an.

Das Projekt »PEMPIRE«  wird von der Clean Hydrogen Partnership gefördert.

Das Projekt ist mitfinanziert von der Europäischen Union.