Nach zwei Jahren Forschungs- und Entwicklungsarbeit wurde das deutsch-chilenische Projekt Power-to-MEDME-FuE erfolgreich abgeschlossen.

(WK-intern) – Im Zentrum stand die nachhaltige Produktion von grünem Wasserstoff sowie der Derivate Methanol und Dimethylether (DME) in Chile.

Forschende des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP entwickelten Iridium-reduzierte Katalysatoren für die Wasserstoffelektrolyse.

Diese senken die Kosten für die Erzeugung von Wasserstoff und sind über ein einzigartiges Verfahren skalierbar – eine zentrale Grundlage, um Wasserstoff im industriellen Maßstab zu erzeugen und wirtschaftlich zu nutzen.

Neue PEM-Katalysatoren mit geringerem Iridium-Anteil

Katalysatoren sind unverzichtbare Bausteine für die Erzeugung von Wasserstoff in Elektrolyseuren. Sie beschleunigen elektrochemische Reaktionen und machen sie damit oft erst wirtschaftlich nutzbar. Bewährter Katalysator für die Wasserelektrolyse ist das Edelmetall Iridium. Weltweit kommt Iridium jedoch nur selten vor; die Nutzung ist kostspielig. Forschende am Fraunhofer IAP haben neuartige Katalysatoren für Elektrolyseure mit Protonenaustauschmembran (PEM) synthetisiert, die mit deutlich weniger Iridium auskommen als bislang üblich – ganz ohne Leistungseinbußen. »Unsere neu entwickelten Katalysatoren enthalten lediglich sieben Milligramm Iridium auf einer Fläche von 25 Quadratzentimetern, erreichen aber die Leistungsfähigkeit von Schichten mir viermal so viel Iridium«, erläutert Dr. Christoph Gimmler, Leiter der Abteilung Nanoskalige Energie- und Strukturmaterialien im Forschungsbereich Zentrum für Angewandte Nanotechnologie CAN des Fraunhofer IAP. Erste Tests bestätigen, dass der Leistungsstandard erreicht wird, obwohl der Iridium-Gehalt deutlich geringer ist. »Durch die neuartigen Katalysatoren reduzieren wir den Bedarf an teurem Iridium deutlich, senken die Kosten für die Erzeugung von Wasserstoff und schaffen finanziell tragfähige Lösungen für die Wasserstoffwirtschaft«, betont Gimmler. In einem nächsten Schritt sollen Langzeittests erfolgen. Hierfür sucht das Forschungsteam Projektpartner.

Nanopartikel als Treiber für die Energiewende

Die Entwicklung innovativer Materialien für Energieanwendungen ist ein wesentlicher Bestandteil der Forschungsarbeit am Fraunhofer IAP. Effiziente und kostengünstige Katalysatoren für die Elektrolyse und den Einsatz in Brennstoffzellen sind die Grundlage für die Erzeugung und die Nutzung von Wasserstoff und damit für die Energiewende. Um die neu entwickelten Katalysatoren rasch wirtschaftlich konkurrenzfähig zu machen, setzen die Forschenden auf eine skalierbare Syntheseführung: die kontinuierliche Flusssynthese. Das am Fraunhofer IAP entwickelte und patentierte Verfahren ermöglicht es, hochwertige und präzise definierte Katalysatornanopartikel im industriellen Maßstab herzustellen – eine Schlüsselvoraussetzung für den Übergang von der Wasserstoff- und Energieforschung hin zur kommerziellen Anwendung, den die Hightech-Agenda der Bundesregierung mit dem Lab to Fab-Konzept vorgibt.

Über das Projekt Power-to-MEDME-FuE

Das vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) geförderte Projekt lief vom Oktober 2023 bis zum 31. Dezember 2025. Ziel war es, die gesamte Wertschöpfungskette von Power-to-X-Produkten zu untersuchen – von der Erzeugung grünen Wasserstoffs aus erneuerbaren Energien bis hin zur Synthese von Methanol und DME – und diese technisch, ökonomisch, ökologisch und sozial ganzheitlich zu bewerten. Die Projektleitung lag beim Fraunhofer IEE; beteiligt waren darüber hinaus Fraunhofer Chile Research, das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, das Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM, das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC und sein Zentrum HTL, das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP, das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS, die RWTH Aachen und das Research Institute on Lifelong Learning (RILLL)  sowie die Deutsch-Chilenische Industrie- und Handelskammer AHK Chile.

Weiterführende Informationen

• Pressemitteilung: Forschungsprojekt Power-to-MEDME-FuE demonstriert: Grünes Methanol und DME mittelfristig wettbewerbsfähig
• Pressemitteilung: Forschungsprojekt ebnet Weg zur großskaligen Produktion grüner Wasserstoff-Energieträger in Chile
• Projektseite Power-to-MEDME-FuE

PM: Fraunhofer IAP

PB: Iridium-reduzierte Katalysatoren werden am Fraunhofer IAP zu Tinten formuliert und für den Einsatz als Elektrode im Elektrolyseur verarbeitet / ©: Fraunhofer IAP