H2Mare-Projekt PtX - Wind: Weiterentwicklung und Untersuchung der Meerwasserelektrolyse für einen offshore Betrieb, Untersuchungen der Fouling - Einflüsse auf Elektrolysekomponenten sowie die Untersuchung der Umweltverträglichkeit des Prozesses

Abstract

Das Teilprojekt der TU Berlin im Rahmen von H2Mare (Verbundprojekt PtX-Wind) hatte zum Ziel, eine Meerwasserelektrolyse für den Offshore-Einsatz zu entwickeln und deren Tauglichkeit zu demonstrieren. Die Arbeiten wurden in fünf Arbeitspaketen (AP 1.4.1 bis AP 1.4.5) durchgeführt und umfassten die Katalysator- und Substratentwicklung, den Aufbau eines Prüfstandes, Stack- und Systemtests, Fouling-Untersuchungen sowie eine verfahrenstechnische Bewertung. Das zentrale wissenschaftlich-technische Ergebnis ist eine vollständig edelmetallfreie Elektrolysezelle für die Meerwasserelektrolyse. Diese erfüllt mit einer Leistung von < 2,0 V bei 1,0 A·cm⁻² in alkalinem Meerwasser die industrielle Mindestanforderung von 53 kWh·kg⁻¹ H₂ und übertrifft damit den ursprünglichen Zielparameter (53 kWh·kg⁻¹ H₂ bei 0,5 A·cm⁻²) deutlich. In einem 100-h-Stabilitätstest wurde bei 0,4 A·cm⁻² eine Degradationsrate von ca. 1,0 mV·h⁻¹ nachgewiesen, was im Vergleich zu edelmetallhaltigen Referenzsystemen eine erheblich höhere Stabilität darstellt. Als Anodenkatalysator wurde Nickel-Eisen-Schichthydroxid (NiFe-LDH) auf schwefelinfizierten Nickelvliesen (Kern-Schale-Struktur: Ni@NixSy) identifiziert und eingesetzt. Für den direkten Meerwasser-Feed an der Anode wurden galvanisch mit Cobalt beschichtete Titanvliese mit Cobaltoxid-Nanopartikeln entwickelt. Insgesamt wurden drei Feedkonzepte in vollständig edelmetallfreier Konfiguration untersucht.