25. Februar 2022 ǀ Heraeus beteiligt sich an zwei Teilprojekten von H2Giga, die durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert werden. Das Unternehmen entwickelt die Technologie für die Rückgewinnung der Edelmetalle Iridium und Platin aus Komponenten industrieller Elektrolyseure.
Zur Umsetzung der Energiewende haben sich die deutsche Bundesregierung und die Europäische Union ehrgeizige Ziele gesetzt. Der PEM-Elektrolyse (Proton Exchange Membrane) als Schlüsseltechnologie kommt dabei eine tragende Rolle zu, da sie aus erneuerbarem Strom grünen Wasserstoff zur Deckung des Bedarfs von industriellen Mengen erzeugen kann.
Rohstoffstrategie für Iridium und Platin notwendig
Um die definierten Ziele zu erreichen, muss die Produktion von PEM-Elektrolyseuren zur Serienreife gebracht werden. Für die in den Elektrolyseuren verbauten seltenen Rohstoffe Iridium und Platin ist eine Rohstoffstrategie nötig, um den Bedarf an Katalysatoren langfristig bedienen zu können. Diese sind für die Spaltung von Wasser in der PEM-Elektrolyse unverzichtbar. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert deshalb die Implementierung wichtiger Technologien für einen Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft im Leitprojekt H2Giga.
Innerhalb des Leitprojekts H2Giga zielen zwei Teilprojekte auf eben diese Serienreife ab, an denen Heraeus unter Konsortialführer Siemens Energy beteiligt ist. Konkret ist Heraeus hier für das Schließen des Wertstoffkreislaufs der kritischen Rohstoffe Iridium und Platin verantwortlich: Als Edelmetallexperte entwickelt Heraeus Katalysatoren für die PEM-Elektrolyse mit geringem Edelmetallgehalt und smarte Recycling-Lösungen, die das Problem der limitierten Rohstoffverfügbarkeit durch Rückgewinnung lösen helfen. Mit beiden Ansätzen soll der Ausbau der PEM-Elektrolyse im industriellen Maßstab ermöglicht werden.
Herausforderungen beim Recycling der knappen Rohstoffe
Katalysatoren, die auf dem Edelmetall Iridium basieren, sind bei der PEM-Elektrolyse unabdingbar. Sie beschleunigen den Prozess der Sauerstoffentwicklung und somit die parallel ablaufende, platinkatalysierte Erzeugung von Wasserstoff.
Beim Recycling der knappen Rohstoffe sind eine Reihe konkreter Herausforderungen zu lösen. Das beinhaltet die Rückführung edelmetallhaltiger End-of-Life-Elektroden – also Elektroden am Ende ihres Lebenszyklus – aus PEM-Elektrolyseuren, sowie die Frage, wie diese Elektroden im nötigen Maßstab zu recyclingfähigem Material verarbeitet werden können. Insbesondere enthaltene Stoffe wie Fluor machen diesen Prozess anspruchsvoll. Auch die weitere Abtrennung und Aufreinigung von Iridium ist nicht trivial, und es bedarf besonderer und auch neuer Technologien, hier eine möglichst hohe Ausbeute zu erreichen.
Christian Gebauer, Head of Innovation Hydrogen Systems bei Heraeus, erklärt: „Wir forschen intensiv daran, mit weniger Rohstoffeinsatz eine höhere Leistung zu erzielen. Zugleich arbeiten wir daran, die Technologie und die Kapazitäten für das Recycling dieser kritischen Rohstoffe voranzubringen. Für eine Serienproduktion ist es unverzichtbar, sich rechtzeitig und nachhaltig um die Rohstoffkette zu kümmern.“
Hintergrundinformationen H2Giga
H2Giga ist eines von drei Leitprojekten des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb des Ideenwettbewerbs „Wasserstoffrepublik Deutschland“. Aufgeteilt in verschiedene Teilprojekte und etwa 30 eigenständige Verbünde arbeiten Wirtschaft und Wissenschaft an der Industrialisierung der Wasserelektrolyse, um grünen Wasserstoff im industriellen Maßstab herstellen zu können. Eine Fördersumme von bis zu 500 Millionen Euro ist für das gesamte Leitprojekt H2Giga bereitgestellt. Heraeus beteiligt sich an den Scaleup-Teilprojekten DERIEL (De-risking Elektrolyseur) und SEGIWA (Serienproduktion GigaWatt).
Partner der Siemens Energy bei DERIEL sind
- Heraeus Precious Metals,
- Forschungszentrum Jülich,
- RWTH Aachen,
- Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg,
- OFFIS e.V.,
- Leibniz Universität Hannover,
- Ruhr Universität Bochum,
- Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion,
- Pro-Aviation Consult GmbH als assoziierte Partner.
DERIEL beschäftigt sich mit den Prozessen, die zum Anfang der Rückgewinnung der Edelmetalle Iridium und Platin notwendig sind. Beginnend mit der Rückführung der Edelmetalle als End-of-Life-Elektroden über Präparation und die Beprobung für die Rückgewinnung wird die Ausweitung der Materialmengen für Elektrolyseure im Gigawattbereich bearbeitet.
Die Projektpartner bei SEGIWA sind
- Heraeus,
- Forschungszentrum Jülich,
- RWTH Aachen,
- Hahn-Schickard Gesellschaft für angewandte Forschung e.V.,
- Leibniz-Institut für Katalyse,
- Leibniz Universität Hannover,
- OFFIS e.V.,
- Fumatech BWT GmbH
- Main-Automation GmbH
- FIR e.V. an der RWTH Aachen.
SEGIWA beschäftigt sich mit der Aufarbeitung bzw. Raffination, also die Separation der Edelmetalle von den anderen enthaltenen Stoffen sowie die anschließende Trennung von Platin und Iridium. Auch die abschließende Umwandlung in Edelmetallvorproduktstufen und -produkte ist in SEGIWA angesiedelt.
