Papier macht Erzeugung von Wasserstoff billiger

Forschende ersetzen Metalle in Elektrolysezellen durch Papier – und erhalten dafür eine Auszeichnung der AiF (Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen).

Die Energieversorgung steht vor einer dramatischen Wende. Grüner Wasserstoff gilt dabei als großer Hoffnungsträger. Ein Forschungsprojekt, das mit papiertechnischen Stromverteilern die Kosten für die notwendige Wasserelektrolyse zur Herstellung dieses Wasserstoffs wirkungsvoll reduziert, wurde gestern, am 1. Dezember 2021, mit dem Otto von Guericke-Preis ausgezeichnet. Die AiF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. vergibt den mit 10 000 € dotierten Preis seit 1997 an Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für besondere Innovationsleistungen auf dem Gebiet der vorwettbewerblichen Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF).

Bedarf an grünem Wasserstoff ist hoch

Zusätzlich zur Grundversorgung mit Elektrizität müssen auch alle anderen Sektoren, wie beispielsweise die Mobilität oder die chemische Industrie, Schritt für Schritt auf erneuerbare Energien umgestellt werden. „Hier empfiehlt sich Wasserstoff als Energieträger, der per Wasserelektrolyse bei einem Stromüberangebot erzeugt wird – sogenannter Grüner Wasserstoff“, erklärte Ralf Hauser vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden im Rahmen der Preisverleihung.

Titan ist bisher der Kostentreiber

Die großtechnische Verbreitung dieser Technologie erfordert jedoch kostengünstige Elektrolysesysteme. „In den dafür notwendigen Proton Exchange Membrane (PEM)-Elektrolysezellen verursachen spezielle Stromverteiler, die aus feinen metallischen Vliesen, Geweben und Sinterkörpern aus Titan bestehen, den herausragenden Kostenanteil“, so Wladimir Philippi vom Zentrum für BrennstoffzellenTechnik (ZBT) in Duisburg weiter. Deshalb seien gerade an dieser Stelle alternative Materialien und technologische Konzepte notwendig.

Papier spart 20 % der Kosten

In einem IGF-Projekt haben Hauser und Philippi gemeinsam mit Franziska Bauer und Dr. Stefan Knohl von der Papiertechnischen Stiftung (PTS) in Heidenau sowie mit Sebastian Stypka, ehemals ZBT Duisburg und heute bei der Air Liquide Deutschland GmbH, für diese Aufgabe ein innovatives papierbasiertes Material entwickelt. „Damit ist es möglich, funktionale Stromverteiler zukünftig auf hochproduktiven Papiermaschinen zu erzeugen. Im Vergleich zu den bisherigen Titansinterkörpern wird mit dem neuen ‚Papier‘ ein Fünftel der Kosten eingespart“, sagt Bauer. Dank einer erheblichen Wirkungsgraderhöhung auch im Elektrolyseprozess sei, laut Stypka, ein entscheidender Beitrag zu einer nachhaltigen Energieversorgung geleistet.

„Grundlage für echten Innovationssprung“

„Wir haben das IGF-Vorhaben im projektbegleitenden Ausschuss mit großer Begeisterung begleitet. Die Projektergebnisse dienen uns zur Erweiterung unseres Portfolios“, resümiert Matthias Scharvogel von der Element 22 GmbH in Kiel. So könnten poröse Folien und Strukturen für die Gewinnung von Grünem Wasserstoff erzeugt werden. Eine Innovation, die nicht nur in dem Kieler Unternehmen künftig genutzt werden kann. Das vorwettbewerbliche IGF-Projekt wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit öffentlichen Mitteln gefördert. Diese Forschungsförderung ist technologieoffen, transferorientiert, wirkt branchenübergreifend und – sie ist weltweit einzigartig. „Drei Forschungseinrichtungen haben in diesem besonderen IGF-Projekt drei Fachbereiche zusammengeführt und damit die Grundlage für einen echten Innovationssprung in dem Bereich der Brennstoffzellen- und Elektrolysetechnik gelegt. Es wird in Zukunft möglich sein, Elektrolysezellen produktiver und kostengünstiger zu fertigen“, sagt Thorsten Voß, Vorstand der Papiertechnischen Stiftung (PTS) in Heidenau. Besonders hervorzuheben seien die intensiven Transferaktivitäten in dem Projekt, die die Technologie unmittelbar für kleine und mittelständische Unternehmen in Deutschland nutzbar machen, erklärt Stefan Haep, Geschäftsführer des Instituts für Energie- und Umwelttechnik e.V. (IUTA) abschließend. Beide an dem ausgezeichneten IGF-Projekt beteiligten Forschungsvereinigungen sind AiF-Mitglieder.