Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Trotz ihrer Ausgereiftheit und Robustheit für die großtechnische Wasserstoffproduktion (H₂) kann die Leistung der alkalischen Wasserelektrolyse (AWE) noch erheblich verbessert werden. Die AWE ist im industriellen Maßstab oft auf niedrige Stromdichten, relativ geringe Wirkungsgrade und langsame Reaktionsgeschwindigkeiten beschränkt. Dies treibt die Kosten für die Wasserstoffproduktion in die Höhe und behindert somit ihre Wettbewerbsfähigkeit und kommerzielle Etablierung. Um die Substitution fossiler Brennstoffe zu beschleunigen und grünen H₂ wirtschaftlich rentabel zu machen, müssen seine Produktionskosten deutlich sinken, insbesondere im Vergleich zur Dampfreformierung von Methan (SMR), die 3,8 €/kg H₂ kostet, gegenüber 6,6 €/kg für die Elektrolyse. Die Investitions- und Stromkosten machen 57 % bzw. 40 % der H₂-Produktionskosten aus. Das HyFlow-Projekt zielt darauf ab, diese Herausforderungen durch die Weiterentwicklung der AWE-Technologie anzugehen und befasst sich mit dem Zielthema „Wasserstoff- und erneuerbare Kraftstoffproduktion unter Verwendung neuer und verbesserter Verfahren”. Es wird die Investitionskosten durch den Einsatz von 6,5-mal kleineren, effizienteren Elektrolyse Stacks senken und den Stromverbrauch durch eine verbesserte Zelleffizienz (Spannungsabfall von 1,9 V auf 1,6 V) um 20 % reduzieren. Die von HyFlow vorgeschlagene Technologie soll zu einer wesentlich effektiveren und effizienteren Produktion von grünem Wasserstoff im Vergleich zu den derzeitigen AWE-Technologien im industriellen Maßstab führen. Das übergeordnete Ziel des HyFlow-Projekts ist es, die Investitions- und Stromkosten der alkalischen Wasserelektrolyse deutlich zu senken, indem eine PEM-ähnliche Leistung (≥1,5 A/cm²bei ≤ 2 V/Zelle) in einem alkalischen Elektrolyse-Stack demonstriert wird, um die Umstellung auf saubere Energie zu beschleunigen. Dies soll durch Flow-Engineering poröser Transportelektroden (PTEs) und fortschrittlicher Elektrodenbeschichtungen erreicht werden. Der Effekt wurde von der UCLouvain auf Zellebene (4 cm²) unter Laborbedingungen (TRL 3) nachgewiesen und kürzlich in Nature Communications veröffentlicht.