Niedertemperatur-Wasserelektrolyseure – Vorteile, Engpässe und Ausblick

Grüner Wasserstoff (GH₂) wird durch Elektrolyse von Wasser in einem Elektrolyseur hergestellt, der mit erneuerbarem Strom betrieben wird, z. B. Wind, Sonne, Wasserkraft, Wärme (<0.1 % der weltweiten Wasserstoffproduktion gegenüber 99 % aus fossilen Brennstoffen). Einige aktuelle Marktberichte deuten darauf hin, dass zwischen 400 und 550 Millionen Tonnen Wachstumshormone vorhanden sind₂ wird durch Elektrolyse hergestellt, was 3000–4000 GW an Elektrolyseuren erfordert (ca. 3000–4000-fache Steigerung der Elektrolyseurkapazität bis 2050).

Wasserelektrolyseure und insbesondere Niedertemperatur-Wasserelektrolyse-Technologien (LT-WE) hängen stark von (i) den verwendeten Materialien ab, d. h. Katalysatoren, Elektrolyten, Separatoren, Elektroden, porösen Transportschichten/Gasdiffusionsschichten und (ii) den Arbeitstemperaturen und -drücken. Derzeit gibt es drei Haupttypen von LT-WE, nämlich: (i) Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyseur (PEMWE), (ii) alkalischer Wasserelektrolyseur (AWE) und (iii) Anionenaustauschmembran-Wasserelektrolyseur (AEMWE). Für alle LT-WE ist weitere Forschung und Entwicklung im Bereich Materialien und Systeme (z. B. Anlagenbilanz) erforderlich, um Effizienz, Leistung und Haltbarkeit drastisch zu verbessern und gleichzeitig die Kosten zu senken.

Diese Präsentation beleuchtet den Stand der Technik, Vorteile, Engpässe (z. B. kritische Rohstoffe, Membranen, Abbau, Kosten), Strategien zur Kostenreduzierung (Materialien, Stapel- und Systemebene), mögliche Wege zur Überwindung der Hauptprobleme usw Leistungskennzahlen und Technologieziele für alle LT-WE-Technologien.

Bruno G. Pollet ist Professor für Chemie an der Université du Québec à Trois-Rivières (UQTR), Direktor des UQTR Green Hydrogen Lab (GH2Lab), stellvertretender Direktor des UQTR Institute for Hydrogen Research (IHR) und außerordentlicher Professor für erneuerbare Energien an der Norwegische Universität für Wissenschaft und Technologie (NTNU). Er hat in Großbritannien, Japan, Südafrika, Norwegen und Kanada an Wasserstoffenergie gearbeitet. Er hat zwei renommierte Forschungslehrstühle inne, den NSERC Tier 1 Canada Research Chair in Green Hydrogen Production und den Innergex Renewable Energy Research Chair (teilweise finanziert vom Quebecer Ministerium für Wirtschaft und Innovation), der sich auf die nächste Generation von Wasserelektrolyseuren und Wasserstoffproduktionstechnologien konzentriert . Er ist außerdem Präsident der Green Hydrogen Division der International Association for Hydrogen Energy (IAHE). Kürzlich wurde er eingeladen, dem Council of Engineers for the Energy Transition (CEET) beizutreten, einem unabhängigen Beirat des Generalsekretärs der Vereinten Nationen, und erhielt den IAHE Sir William Grove Award für seine bahnbrechende Arbeit im Bereich Wasserstoff und Brennstoffzellen und Elektrolyseur-Technologien.

Prof. Pollet promovierte in physikalischer Chemie an der Coventry University und absolvierte seinen Postdoc-Abschluss in Elektrokatalyse an der Liverpool University. Seine Forschung deckt ein breites Spektrum von Bereichen ab, von der Entwicklung neuartiger Materialien für Niedertemperatur-Brennstoffzellen und Wasserelektrolyseure, der Wasserstoffproduktion aus (nicht)reinen Wässern, organischen Stoffen und Bioabfällen bis hin zu Brennstoffzellen- und Elektrolyseursystemen, Demonstratoren und Prototypen. Ein weiterer Schwerpunkt seiner Forschung liegt auf Ultraschall und Sonoelektrochemie zur Herstellung von Brennstoffzellen- und Elektrolyseurmaterialien sowie zur Verbesserung elektrochemischer Prozesse. Er ist Autor von zwei Büchern, hat mehr als 17 herausgegeben und mehr als 25 Buchkapitel zu den Themen Wasserstoff und Brennstoffzellen, Sonochemie und Sonoelektrochemie veröffentlicht. Er hielt mehr als 200 Keynotes und lud zu Vorträgen bei verschiedenen internationalen Veranstaltungen ein.