Es existieren bereits einige Unternehmen, die die für die Herstellung von grünem Wasserstoff benötigten Elektrolyseure in Kleinserien fertigen. Auch wenn Deutschlands genauer zukünftiger Bedarf an Wasserstoff noch unklar ist, dürfte feststehen, dass es einige Millionen Tonnen jährlich sein werden und die benötigte Anzahl an Elektrolyseuren eine Industrialisierung der Fertigung erfordern wird. „Wir brauchen zukünftig große Kapazitäten an effizienten, robusten und leistungsfähigen Elektrolyseuren und somit folglich Firmen, die diese in großem Maßstab fertigen können“, erklärt Dr. Philipp Röse, Gruppenleiter Elektrokatalyse am Institut für Angewandte Materialien – Elektrochemische Technologien (IAM-ET).

Die automatisierte Herstellung von Wasser-Elektrolyseuren im Gigawatt-Maßstab untersuchen Industrie und Forschung im Projekt H2Giga. Die Forschung erfolgt technologieoffen. Gemeinsam mit etablierten Elektrolyseur-Herstellern, Zulieferern unterschiedlicher Technologiebereiche sowie weiteren Forschungseinrichtungen untersucht Röse die Protonen-Austausch-Membran-Elektrolyse (PEM) im Projekt StacIE (Scale Up PEM EL Industrialisierung Stack). Sein Kollege Dr.-Ing. André Weber, Gruppenleiter Batterien, Brennstoffzellen und Elektrolyse am IAM-ET, untersucht neben der PEM-Elektrolyse zusätzlich die Hochtemperatur-Elektrolyse (HTEL) im Projekt HTEL-Stacks. „Wir schauen uns in den Projekten die elektrochemischen Prozesse an und konzentrieren uns auf die elektrochemisch aktiven Komponenten. Vom Katalysator über Elektroden und Zelle bis hin zur Verschaltung dieser in großen Zellstapeln charakterisieren wir die Bauteile der Elektrolyseure experimentell und mittels digitaler Modelle, um notwendige Änderungen für die Serienfertigung großskaliger Elektrolyse-Stacks aufzuzeigen“, beschreibt Weber das Aufgabengebiet des KIT im Projekt. Röse konkretisiert: „Wir beschäftigen uns vor allem mit der Zellcharakterisierung, das heißt, wir schauen uns verschiedene Zelltypen in kleinem Maßstab an, versuchen diese im Detail zu verstehen, zu bewerten und natürlich auch mögliche Probleme frühzeitig zu erkennen. Das kann zum Beispiel eine Alterung oder nicht ausreichende Leistung sein“. Die Forschung erfolgt dabei stets in engem Austausch mit der Industrie. „Die Ergebnisse können wir dann an die Firmen zurückspiegeln, die auf dieser Basis gezielt optimieren und das Ganze in den großen Maßstab übertragen können“, so Weber.

Bilder: Magali Hauser / KIT