Forschungsprojekt ALELY

Reduktion der Investitions- und Betriebskosten von Elektrolyseuren durch Einsatz alkalischer Membranen sowie neuartiger Designkonzepte und Betriebsstrategien

Credit:

BMWE

Zur Ausschöpfung der Kostenreduktionspotenziale bei Elektrolyseuren adressiert das Projekt ALELY (Alkalische Elektrolyse) zum einen die Reduktion bzw. Substitution von Werkstoff- und Funktionsmaterialien und zum anderen die Absenkung der Zellüberspannung zur Verringerung des spezifisch erforderlichen Strombedarfes pro Volumeneinheit Wasserstoff. Darüber hinaus werden dynamische Betriebsstrategien entwickelt.

Forschungsprojekt ALELY

 

Laufzeit

September 2021 bis August 2024

Förderung durch

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Projektbeteiligte

  • DLR-Institut für Technische Thermodynamik
  • DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme
  • Evonik Operations GmbH, Research, Development & Innovation
  • Enapter GmbH
  • EWE GASSPEICHER GmbH

Elektrolyseure sind ein wesentlicher Baustein zur Herstellung von Wasserstoff aus elektrischer Energie. Bisher kommen hierbei Elektrolyseure mit sogenannten Protonenaustauscher-Membranen zum Einsatz. Die extrem sauren Bedingungen erfordern die Verwendung entsprechend inerter und damit teurer Werkstoffe.

Um eine erhebliche Senkung der Investitionskosten von Elektrolyseuren zu erzielen, ist der Einsatz einer Anionen-Austauscher-Membran (AEM) vielversprechend. Dieser Ansatz ermöglicht es, die Vorteile der herkömmlichen Protonen-Austauscher-Membran-Elektrolyseure (PEMEL, engl.: proton exchange membrane electrolyser) mit der klassischen alkalischen Elektrolyse (AEL) zu kombinieren. Vorteilhafte Eigenschaften eines PEM-Elektrolyseurs sind hierbei hohe Strom- und Leistungsdichten, Druckbetrieb und dynamische Lastwechsel. Der Betrieb im Alkalischen führt zu einer signifikanten Reduktion der Werkstoffkosten, beispielsweise durch den Einsatz von edelmetallfreien Katalysatoren und die Substitution von Titan als Werkstoff für die Bipolarplatten.

Das Konsortium im Projektvorhaben ALELY unter Leitung des DLR setzt sich aus drei Unternehmen und zwei Forschungsinstituten zusammen. Forschungsthemen sind hierbei: Materialentwicklungen, Etablierung und Optimierung von Herstellungsverfahren, Charakterisierungen auf Material-, Stack- und Systemebene, Gesamtsystemoptimierungen und Feldtestvalidierungen.

Die Arbeiten des DLR werden an zwei Instituten durchgeführt: Während der Fokus des Instituts für Technische Thermodynamik vorwiegend auf der strukturellen Charakterisierung und Degradationsanalytik sowie der Messung der Stromdichteverteilung in der von den Projektpartnern entworfenen, verbesserten Elektrolysezelle und des -stacks liegt, widmet sich das Institut für Vernetzte Energiesysteme der Durchführung der Systemtests des Elektrolyseurs und der Langzeiterprobung. Zudem findet eine techno-ökonomische Analyse des zu entwickelnden Anionen-Austauscher-Membran-Elektrolyseurs im Vergleich zu einem herkömmlichen alkalischen Elektrolyseur statt. Dies verfolgt das Ziel, die potenzielle Kosteneinsparungen durch mögliche Optimierungen des Wirkungsgrades und der Lebensdauer des neuen Konzepts zu identifizieren.

Forschungsgruppen und Handlungsfelder mit Bezug zum Projekt ALELY

Forschungsgruppe

Energieszenarien und Technologiebewertung

Die Forschungsgruppe Energieszenarien und Technologiebewertung analysiert alternative Optionen und Pfade für die Transformation hin zu einer nachhaltigen Energiewirtschaft. Das Ziel ist eine ganzheitliche Bewertung über den kompletten Lebenszyklus der Technologien hinweg.

Handlungsfeld

Ausgleich von Energieangebot und -nachfrage

Die Gleichzeitigkeit von Stromerzeugung und -verbrauch ist die Basis für ein stabiles Energiesystem. Weil die dominierenden erneuerbaren Energien im Stromsystem jedoch stark wetterabhängig – und damit nicht zeitunabhängig verfügbar – sind, müssen wir gänzlich neue Konzepte der Systemregelung entwickeln, um Bedarf und Verfügbarkeit in Einklang zu bringen.