Grüner Wasserstoff: Neue Materialien sollen Elektrolyse deutlich günstiger machen
Grüner Wasserstoff gilt als wichtiger Pfeiler der Energiewende – doch seine Herstellung per Elektrolyse kostet derzeit rund doppelt so viel wie die konventionelle Gewinnung aus Erdgas. Über 90 Prozent des weltweit erzeugten Wasserstoffs stammen noch immer aus fossilen Quellen. Forschende der Empa – des Schweizer Bundesinstituts für Materialwissenschaft – arbeiten nun gemeinsam mit französischen Partnern an günstigeren Schlüsselkomponenten für Elektrolyseure, die den Preisunterschied schrittweise schließen sollen.
Das Problem: Teure Materialien in korrosiver Umgebung
Im Fokus steht die sogenannte PEMWE-Technologie (Polymer Electrolyte Membrane Water Electrolysis), die effizient arbeitet und gut mit den Schwankungen erneuerbarer Energien umgehen kann. Das Innere eines PEMWE-Elektrolyseurs ist jedoch hochkorrosiv – selbst Stahl löst sich darin auf, wie Empa-Forscher Konstantin Egorov anschaulich beschreibt: „wie Zucker in einer Tasse Tee." Deshalb bestehen die wasserführenden Komponenten bisher aus teurem Titan, das zusätzlich mit Platin beschichtet werden muss. Beides treibt die Kosten erheblich in die Höhe.
Die Lösung: Titanoxid auf Stahl statt Platin auf Titan
Egorovs Ansatz setzt auf hochkristallines sauerstoffarmes Rutil, eine besondere Form von Titanoxid. Die fehlenden Sauerstoffatome verleihen dem Material eine gute elektrische Leitfähigkeit, während die hochkristalline Struktur für hohe Korrosionsbeständigkeit sorgt. Als Trägermaterial dient statt Titan der deutlich günstigere und leichter zu verarbeitende Stahl. „Das ermöglicht neue, fortschrittliche Komponentendesigns, die die Effizienz der Zelle steigern", so Egorov.
Aufgebracht wird die Beschichtung per physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) – ein in der Industrie weit verbreitetes Verfahren. „Es ist uns wichtig, etwas zu entwickeln, was die Industrie tatsächlich gebrauchen kann", betont der Forscher.
Erste Erfolge – nächste Komponente im Visier
Die sogenannte bipolare Platte, eine der Schlüsselkomponenten im Elektrolyseur, wurde bereits erfolgreich mit Titanoxid beschichtet und hat erste Korrosionstests unter Labor- und Praxisbedingungen bestanden. Als nächstes nehmen die Forschenden die poröse Transportschicht in den Blick. Hier liegt die Herausforderung darin, die Poren gleichmäßig zu beschichten, ohne sie zu verstopfen.
Das Projekt läuft bis Ende 2026 und wird vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) und der französischen Agence Nationale de la Recherche (ANR) gefördert. Im Anschluss soll ein Industriepartner gefunden werden, um die Technologie Richtung Kommerzialisierung weiterzuentwickeln.
