Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT
Ihre Herausforderung: Effiziente und skalierbare Elektrolyse für die Industrie
In Energie- oder Chemieindustrie steigt aktuell das Interesse an Elektrolyseverfahren. Hintergrund: Auf der einen Seite hat sich die EU – mit Blick auf die Energiewende und die Transformation zur Klimaneutralität – das Ziel gesetzt, bis 2030 jährlich 10 Mio. Tonnen Wasserstoff selbst zu produzieren und weitere 10 Mio. Tonnen zu importieren. Auf der anderen Seite wächst in der chemischen Industrie der Bedarf, Prozesse durch Integration erneuerbarer Energien und elektrochemische Verfahren nachhaltiger zu gestalten. Z.B. durch die Konversion von CO2 in Grundchemikalien, die elektrochemische Aufbereitung biogener Rohstoffe in Spezialprodukte sowie selektive Oxidations- bzw. Reduktions-Reaktionen in der Commodity- und Spezial-Chemie.
Wer bei Wasserstoffproduktion, CO2-Konversion und elektroorganischer Synthese auf Membran-basierte Elektrolysestacks setzt, steht dabei vor einer Reihe von Herausforderungen:
- Optimale fluiddynamische Verteilung von Prozessmedien und Elektrolyten zur Steigerung der Elektrolyse-Effizienz
- Präzise mechanische Verspannung des Elektrolysestacks für eine homogene Verpressung der Aktivkomponenten
- Entwicklung kostengünstiger und zuverlässiger Dichtkonzepte
- Integration innovativer Komponenten (Elektroden, Membranen, Bipolarplatten) in skalierbare und fertigungsreife Zell- und Stackkonzepte sowie deren verfahrenstechnische Einbindung
- Validierung von Komponenten unter technisch relevanten Bedingungen für verschiedene Elektrolyseprozesse
- Bereitstellung valider Daten zur Bewertung der wirtschaftlichen und technischen Machbarkeit neuer Elektrolyseverfahren
- Übertragung neuer Verfahrenskonzepte in den industriellen Maßstab und Bewältigung der Skalierungsherausforderungen
- Qualifizierung der Materialkompatibilität hinsichtlich chemischer, elektrochemischer und mechanischer Degradation in unterschiedlichen elektrochemischen Umgebungen
- Begrenzte oder fehlende Testkapazitäten zur Validierung eigener Produkte
