Membranelektrolyse: Der Weg in die Zukunft des grünen Wasserstoffs

Copyright: *Forschungszentrum Jülich/ Nörig*

Grüner Wasserstoff ist ein Schlüsselelement des Energiesystems der Zukunft. Um seine Produktion in großem Maßstab zu ermöglichen, müssen Elektrolyseure effizienter, langlebiger und kostengünstiger werden. Am IET-1 entwickeln und erforschen wir Membranelektrolysetechnologien, wobei wir uns auf Systeme mit Protonenaustauschmembranen (PEM) und Anionenaustauschmembranen (AEM) konzentrieren. Unsere Forschung reicht vom grundlegenden Verständnis der Materialien bis hin zu industriell relevanten Tests.

Der Übergang zu einem wasserstoffbasierten Energiesystem erfordert Elektrolyseure, die hohe Leistung, lange Lebensdauer und Wirtschaftlichkeit vereinen. Membranelektrolysetechnologien bieten vielversprechende Lösungen für diese Herausforderung: PEM-Elektrolyseure halten aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte und ihrer dynamischen Betriebsfähigkeit bereits Einzug in den Markt, während AEM-Elektrolyseure eine vielversprechende Technologie der nächsten Generation darstellen, die das Potenzial hat, die Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen zu verringern.

Am IET-1 untersuchen wir das Betriebsverhalten, die Alterungsmechanismen und die Leistungsgrenzen von Membranelektrolysezellen auf verschiedenen Skalen – von Laborzellen bis hin zu Systemen mit industrieller Relevanz. Bei PEM-Elektrolyseuren untersuchen wir Alterungsprozesse und Ausfallmechanismen in einzelnen Komponenten und kompletten Zellen, um zu verstehen, wie Lebensdauer und Wirkungsgrad verbessert werden können. Unsere Forschung trägt dazu bei, die Risiken der PEM-Elektrolyse zu verringern, indem wir Strategien entwickeln, um den Betrieb zu optimieren, den Verschleiß zu minimieren und den Transfer dieser Technologie in industrielle Anwendungen zu beschleunigen.

Parallel dazu untersuchen wir die AEM-Elektrolyse als Weg zu nachhaltigeren und kostengünstigeren Elektrolyseuren. Der Schwerpunkt unserer Forschung liegt auf der Entwicklung und Charakterisierung von katalysatorbeschichteten Membranen und Substraten sowie auf der Erforschung ihrer Langzeitstabilität im Betrieb.

Um diese Ziele zu erreichen, kombinieren wir moderne Testanlagen mit umfassenden Analysemethoden, darunter mikroskopische und spektroskopische Verfahren, um Abbauprozesse zu identifizieren und Material- sowie Zellkonzepte zu verbessern. Die ausgestellte PEM-Zelle wurde am IET-1 eigenständig entwickelt und verdeutlicht unseren Ansatz, die Lücke zwischen Grundlagenforschung und industrieller Anwendung zu schließen.

Gerne besprechen wir mit Ihnen unsere Forschungsaktivitäten und Möglichkeiten einer Zusammenarbeit.

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