Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Komponenten und Membranen für die Meerwasserelektrolyse
Grüner Wasserstoff gilt als zentraler Baustein der Energiewende. Gleichzeitig stehen bestehende Elektrolyseverfahren vor großen Herausforderungen: Die Herstellung von Wasserstoff ist bislang kosten- und energieintensiv und benötigt hochreines Wasser.
Das Projekt SeaEly setzte genau hier an. Gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie entwickelte das Fraunhofer IFAM neue Komponenten und Prüfverfahren für die direkte Meer- und Brackwasserelektrolyse. Ziel war es, Wasserstoff künftig auch mit anspruchsvollen Wasserqualitäten effizient erzeugen zu können – ohne aufwendige Entsalzung.
Das Besondere: Am Fraunhofer IFAM konnten neue Komponenten, konkret Anionenaustauschermembranen (AEM), nicht nur entwickelt, sondern direkt unter realitätsnahen Bedingungen getestet und analysiert werden. Dafür etablierte das Institut einen modularen Elektrolyse-Teststand und kombinierte Elektrolyseforschung mit Oberflächenanalytik und post mortem Untersuchungen.
Welche Herausforderungen bringt Meerwasserelektrolyse mit sich?
Meer- und Brackwasser enthalten Salze, Organik und Schwebstoffe, die Elektrolyse-Komponenten stark beanspruchen. Im Fokus der Untersuchungen standen deshalb Membranen, Elektroden, Bipolarplatten sowie Separatoren und Diaphragmen für die alkalische Elektrolyse (AEL). Diese ist ein Verfahren, um aus Wasser mithilfe von elektrischem Strom Wasserstoff herzustellen.
Das Fraunhofer IFAM entwickelte und testete dafür unterschiedliche Messzellen und Prüfstände, mit denen Materialien und Komponenten unter realitätsnahen Bedingungen untersucht werden konnten.
Welche Rolle spielten Anionenaustauschermembranen (AEM)?
Anionenaustauschermembranen gelten als zentrale Komponenten der alkalischen Elektrolyse. Am Fraunhofer IFAM wurden unterschiedliche AEM hergestellt, strukturell charakterisiert und direkt getestet. Zur Herstellung neuer AEM erprobte das Team eine VUV-basierte Synthesetechnologie .
Ergänzend wurden Materialuntersuchungen und post mortem Analysen beanspruchter Komponenten durchgeführt.
Warum ist SeaEly für die Wasserstoffstrategie wichtig?
Die Ergebnisse aus SeaEly leisteten einen Beitrag zur Nationalen Wasserstoffstrategie und zur zukünftigen Versorgungssicherheit in Deutschland.
Gerade im Offshore-Bereich gelten Wasserstofftechnologien zunehmend als Bestandteil kritischer Infrastruktur, die auch der Maritime Cluster Norddeutschlands im Rahmen seiner MCN-Tagungsreihe in den Fokus rückt. Wasserstoff kann helfen, erneuerbare Energien speicherbar zu machen und Energiesysteme resilienter aufzustellen.
Für Netzbetreiber, Windkraftanlagenbetreiber und Industrieunternehmen entstehen dadurch neue Möglichkeiten zur Integration erneuerbarer Energien und zur Nutzung überschüssiger Strommengen.
Welche Expertise brachte das Fraunhofer IFAM in SeaEly ein?
Im Projekt arbeiteten verschiedene Fachbereiche des Fraunhofer IFAM eng zusammen. Das Team um Dr. Stefan Dieckhoff verband Kompetenzen in Elektrolyseforschung, Oberflächenanalytik und Werkstoffentwicklung. Andreas Brinkmann und Olga Yezerska brachten ihre Expertise im Bereich Oberflächenanatyik ein, unter anderem durch Karsten Thiel.
Zusätzlich arbeiteten Kerstin Flothmeier und Katharina Richter aus dem Bereich Polymere Werkstoffe an der Herstellung von Anionenaustauschermembranen.
Diese Partner waren an SeaEly beteiligt
Am Verbundprojekt SeaEly („Direct Seawater Electrolysis to produce H2 and O2“) waren unter anderem beteiligt:
- Fraunhofer IWES
- Fraunhofer IFAM
- Technische Universität Berlin
- Whitecell Eisenhuth GmbH & Co. KG
- Institut für Seeverkehrswirtschaft und Logistik
Gefördert wurde das Projekt durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (Projektträger PtJ).