11. Mai 2020
Grüner Wasserstoff

In­dus­tria­li­sie­rung der Elek­tro­ly­se­tech­no­lo­gie

Plasmagespritzte Elektroden für eine effizientere Wasser-Elektrolyse
Plas­ma­ge­spritz­te Elek­tro­den für ei­ne ef­fi­zi­en­te­re Was­ser-Elek­tro­ly­se
Bild 1/2, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Plasmagespritzte Elektroden für eine effizientere Wasser-Elektrolyse

Ein Plas­ma­strahl schmilzt das me­tal­li­sche Elek­tro­den­ma­te­ri­al auf und sprüht es wie beim La­ckie­ren auf ein Sub­strat. Da­durch bil­det sich ei­ne po­rö­se, elek­trisch lei­ten­de Schicht auf des­sen Ober­flä­che.
Mikroskopischer Querschnitt durch eine plasmagespritzte Elektrode
Mi­kro­sko­pi­scher Quer­schnitt durch ei­ne plas­ma­ge­spritz­te Elek­tro­de
Bild 2/2, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Mikroskopischer Querschnitt durch eine plasmagespritzte Elektrode

Bei der Elek­tro­ly­se fließt elek­tri­scher Strom durch die po­rö­se Me­tall­schicht der in Was­ser ge­tauch­ten Elek­tro­den. In den Hohl­räu­men ent­ste­hen da­bei Was­ser­stoff und Sau­er­stoff.
  • Gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie in Baden-Württemberg arbeitet das DLR daran, einen alkalischen Wasser-Elektrolyseur mit einem Megawatt Leistung aufzubauen.
  • Die industrietaugliche Weiterentwicklung der Elektrolyse-Technologie soll die Versorgung mit „grünem“ Wasserstoff in großem Maßstab ermöglichen.
  • Vor allem mittelständische Unternehmen im Südwesten können von der Industrialisierung der Wasser-Elektrolyse durch Technologietransfer profitieren.
  • Schwerpunkte: Energie, Energieeffizienz, Klimawandel, Wasserstoff

Im Verbundprojekt „Elektrolyse made in Baden-Württemberg“ baut das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit Partnern aus der Forschung und regionalen Unternehmen einen alkalischen Wasser-Elektrolyseur mit einer Leistung von einem Megawatt auf. Ziel der Zusammenarbeit unter Leitung des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) ist es, die Elektrolyse als Schlüsseltechnologie zur Wasserstoffgewinnung industrietauglich weiterzuentwickeln. So soll die Versorgung mit „grünem“, sprich klimaneutralem, Wasserstoff in großem Maßstab ermöglicht werden. Zudem sollen insbesondere mittelständische Firmen vom gemeinsam aufgebauten Know-how profitieren und so ihre Zukunfts- und Wettbewerbsfähigkeit ausbauen.

Das DLR-Institut für Technische Thermodynamik in Stuttgart bringt seine langjährige Erfahrung und Technologiekompetenz auf dem Gebiet plasmagespritzter Elektroden in das Projekt ein. Die Forscherinnen und Forscher des DLR fertigen diese speziellen Elektroden und arbeiten daran, das eingesetzte Beschichtungsverfahren weiter zu optimieren. Das Ziel ist, die Kosten für Produktion und Betrieb von Elektrolyse-Anlagen im industriellen Einsatz zu senken.

Beim Plasmaspritzen wird das metallische Elektrodenmaterial mit Hilfe eines Plasmastrahls aufgeschmolzen und auf ein Substrat aufgebracht, wodurch sich eine poröse, elektrisch leitende Schicht auf der Oberfläche bildet. Plasmagespritzte Elektroden sind für eine effiziente Wasser-Elektrolyse besonders geeignet, weil sie hohe Stromdichten aushalten und sich der erzeugte Wasserstoff gut durch die Poren ableiten lässt. Dadurch steigt der Wirkungsgrad der Umwandlung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Kommt bei der Elektrolyse Strom aus erneuerbaren Quellen zum Einsatz, spricht man von „grünem“ Wasserstoff.

Ein-Megawatt-Elektrolyseur „made in Baden-Württemberg“

Der alkalische Druck-Elektrolyseur soll am ZSW in Stuttgart entstehen und unter realen Betriebsbedingungen getestet werden. Das Besondere an der Ein-Megawatt-Anlage ist ihr modularer Aufbau aus einzelnen Elektrolyse-Zellen. Dieses Konzept ist vor allem für industrielle Anlagen geeignet: Durch einfaches Hinzufügen weiterer Zellen lassen sich so Elektrolyse-Leistungen von mehreren zehn Megawatt realisieren. 

DLR und ZSW haben die Technologie der alkalischen Druck-Elektrolyse bereits gemeinsam erprobt. „Mit optimierten Elektrodenmaterialien und Spritzverfahren wollen wir die Umwandlungseffizienz gegenüber unserer bisherigen Versuchsanlagen um rund 50 Prozent erhöhen“, erläutert Dr. Asif Ansar, der das Projekt am DLR-Institut für Technische Thermodynamik betreut. Die Kernkomponenten des neuen Elektrolyse-Blocks sollen zudem robuster, langlebiger und kostengünstiger werden. Das Projekt ist Teil der langfristigen Strategie des Instituts, sich als nationaler Kompetenzträger auf den Gebieten Energiespeicherung und -wandlung zu profilieren.

Land Baden-Württemberg fördert Elektrolyse-Projekt mit fünf Millionen Euro

Das Projekt analysiert außerdem mögliche Umsatz-, Wertschöpfungs- und Beschäftigungspotenziale für Baden-Württemberg im Bereich der Elektrolyse und entwickelt daraus Handlungsempfehlungen für Politik und Industrie. 

Das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg fördert das Verbundprojekt mit fünf Millionen Euro. Zu den weiteren Partnern zählen die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung (DITF) und die Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung (HS).

Kontakt
  • Dr. Jens Mende
    Kom­mu­ni­ka­ti­on Stutt­gart und Ulm
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)

    Po­li­tik­be­zie­hun­gen und Kom­mu­ni­ka­ti­on
    Telefon: +49 711 6862-229
    Fax: +49 711 6862-636
    Pfaffenwaldring 38-40
    70569 Stuttgart
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  • Dr. Asif Ansar
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    In­sti­tut für Tech­ni­sche Ther­mo­dy­na­mik
    Telefon: +49 711 6862-292
    Pfaffenwaldring 38-40
    70569 Stuttgart
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  • Prof. Dr.rer.nat. K. Andreas Friedrich

    In­sti­tut für Tech­ni­sche Ther­mo­dy­na­mik, Elek­tro­che­mi­sche Ener­gie­tech­nik
    Telefon: +49 711 6862-278
    Fax: +49 711 6862-1278
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