ReAEL250

Projektbeschreibung

Mit dem fortschreitenden Ausbau erneuerbarer Energien rücken Fragen des Transports und der Speicherung zunehmend in den Fokus der Energiewende. Grüner Wasserstoff stellt hierbei eine zentrale Lösung dar, da er mittels Elektrolyse aus Wasser und erneuerbarer Energie erzeugt und flexibel eingesetzt werden kann. Im Rahmen der nationalen Wasserstoffstrategie wird bis zum Jahr 2030 eine Elektrolysekapazität von 10 GW angestrebt. Damit einhergehend ist ein deutlicher Anstieg der installierten Elektrolyseure zu erwarten.

Derzeit ist die alkalische Elektrolyse die am weitesten verbreitete Technologie zur Wasserstofferzeugung. Perspektivisch gewinnen jedoch alternative Verfahren wie die Anionen-Austauschmembran- (AEM) und die Protonen-Austauschmembran-Elektrolyse (PEM) an Bedeutung, insbesondere im Kontext der Nutzung fluktuierender erneuerbarer Energien. Infolge dieser technologischen Entwicklung ist zunächst mit einem erhöhten Aufkommen an außer Betrieb genommenen alkalischen Elektrolyseuren zu rechnen, bevor künftig auch Anlagen anderer Technologien ihr Lebensende erreichen.

Hier setzt das Forschungsprojekt „ReAEL250“ an. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer umfassenden Recyclingstrategie für alkalische Elektrolyseure sowie die Ableitung von Handlungsempfehlungen für die Industrie, um zukünftige Anlagen bereits im Hinblick auf eine vereinfachte Demontage und Wiederverwertung zu optimieren.

Als Versuchsobjekt dient ein nicht mehr funktionsfähiger alkalischer Elektrolyseur mit einer Leistung von 250 kW. Dieser wird im Rahmen des Projekts systematisch demontiert und analysiert.

Die Lebensdauer von Elektrolyseuren ist maßgeblich von den jeweiligen Betriebsbedingungen abhängig. Als kritischste Komponente gilt der sogenannte Stack, dessen Lebensdauer mit bis zu 90.000 Betriebsstunden angegeben wird. Daraus ergibt sich, dass alkalische Elektrolyseure in der Regel alle sieben bis zwölf Jahre einer Generalüberholung unterzogen werden, bei der insbesondere Elektroden und Diaphragmen ausgetauscht werden. Vor diesem Hintergrund gewinnt die Entwicklung effizienter Recycling- und Wiederverwertungskonzepte zunehmend an Bedeutung.

Im Fokus stehen dabei die Identifikation aller verbauten Materialien, deren Mengenanteile sowie ihr Zustand nach Ablauf der Lebensdauer. Darüber hinaus wird untersucht, inwiefern eine sortenreine Trennung der Materialien möglich ist und welche Komponenten direkt wiederverwendet werden können beziehungsweise einer Aufbereitung bedürfen.

Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Bewertung der wirtschaftlichen und ökologischen Potenziale des Recyclings. Hierzu werden mögliche Erlöse aus der Verwertung der Materialien ebenso betrachtet wie die Umweltwirkungen entlang des gesamten Lebenszyklus des Elektrolyseurs. Ergänzend wird geprüft, inwieweit die gewonnenen Erkenntnisse auf unterschiedliche Leistungsklassen sowie auf weitere Elektrolysetechnologien übertragbar sind.

Das Projekt gliedert sich in mehrere Schritte. Zu Beginn erfolgt eine umfassende Grundlagenermittlung, die neben einer Literaturrecherche zu rechtlichen Rahmenbedingungen und zur Marktentwicklung auch die Analyse bestehender Elektrolysetechnologien umfasst. Darauf aufbauend wird der Elektrolyseur im Reallabor Hydrogen Terminal Braunschweig schrittweise demontiert und in seine Hauptkomponenten zerlegt. Im Anschluss werden insbesondere Verbundwerkstoffe wie Membranen und Katalysatoren in Zusammenarbeit mit dem Institut für physikalische Chemie der Universität Hamburg hinsichtlich ihrer Trennbarkeit untersucht. Die gewonnenen Ergebnisse werden anschließend zusammengeführt, ausgewertet und im Rahmen einer Ökobilanzierung analysiert. Abschließend werden daraus konkrete Handlungsempfehlungen für die Industrie abgeleitet.

Das Forschungsvorhaben leistet einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung einer Kreislaufwirtschaft im Bereich der Wasserstofftechnologien. Durch die systematische Aufschlüsselung der Materialien, die Analyse ihres CO₂-Fußabdrucks sowie die Untersuchung der Skalierbarkeit der Ergebnisse werden Grundlagen für zukünftige industrielle Anwendungen geschaffen. Insbesondere vor dem Hintergrund des aktuellen Fokus der Industrie auf den Markthochlauf der Elektrolyseurproduktion besteht ein hoher Bedarf an praxisnahen Recyclingstrategien, der mit dem Projekt adressiert wird.

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt mit rund 335 Tsd. €. gefördert wird und am Hydrogen Terminal am Research Airport in Braunschweig durchgeführt. Die Gesamtlaufzeit des Projekts beträgt 14 Monate.