Prometheus (iCA): Protonen-Austausch-Membran - Elektrolyseurkonzept für erhöhte Temperaturen und Druckzustände

Abstract

Das Verbundprojekt „Prometheus“ verfolgte das Ziel, die Wettbewerbsfähigkeit der PEM-Elektrolyse in Deutschland durch die Entwicklung neuartiger Zellen und Stacks deutlich zu steigern. Dabei steht die Erzeugung von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien im Fokus, um die Klimaziele der Bundesregierung bis 2050 zu unterstützen. Ein zentrales Ziel ist die Steigerung der Betriebstemperatur der Elektrolysezellen auf bis zu 120 °C, um Effizienz und Wärmenutzung zu verbessern. Zudem soll der Wasserstoffausgangsdruck auf bis zu 80 bar erhöht werden, um eine Speicherung und Weiterverarbeitung ohne zusätzliche Verdichtung zu ermöglichen. Darüber hinaus stärkt das Projekt industrielle Strukturen und Zulieferketten, um die deutsche Elektrolyse-Industrie nachhaltig auszubauen. Die iChemAnalytics GmbH verfügt über langjährige Erfahrung in der Untersuchung von Wasserstoffversprödung und der Entwicklung von Prüftechnik für die Wasserstoffwirtschaft. Im Projekt erweiterte sie ihre Analytikkompetenzen bei der Bauteilprüfung von Elektrolysezellen und optimierte bestehende Prüfsoftware und -hardware. Im Fokus der Aufgabenpakete stand die Untersuchung des mechanischen Werkstoffverhaltens unter Wasserstoffbeladung. In Abhängigkeit von der mechanischen Belastung und der Wasserstoffbeladung der Proben sollte untersucht werden, ob es Werkstofftechnische Grenzzustände bezüglich der Materialversprödung gibt. Hiermit einher ging ein Kompetenz- und Erkenntnisgewinn bezüglich geeigneter Materialien und Materialkombinationen für den Einsatz in Elektrolyseuren. Innerhalb der Projektlaufzeit wurden drei Messmethoden (Permeationsmessung, betriebsbedingte H-Versprödung, thermische Desorptiosspektrometrie) aufgebaut, validiert und optimiert. Mit Hilfe der Messgeräte sowie weiterer REM/FIB/EDX-Analysen konnten ausführliche Material und Schichtanalysen durchgeführt werden. Der Schwerpunkt lag dabei auf dem Thema Wasserstoffpermeation.