Neue Membran senkt Energieverluste
Wasserstoff, für viele die Energiequelle der Zukunft, lässt sich mit einer neuen Trennfolie billiger als bisher herstellen. Bochumer Forscher übertrugen Know-how aus der Batterieforschung auf die Elektrolysetechnik.
Forschungsarbeiten zur Elektrolyse laufen auch am DLR.
Foto: Thomas Ernsting/DLR
Die Herstellung von Wasserstoff durch alkalische Elektrolyse ist relativ energieaufwändig, seit Membranen aus Asbest aus gesundheitlichen Gründen verpönt sind. Alternativmaterialien erfüllen meist nur eins von zwei wichtigen Kriterien. Entweder lassen sie elektrisch geladene Teilchen, also Ionen, passieren, was erwünscht ist, damit der Strom ungehindert durch die Flüssigkeit strömen kann, also geringe Verluste entstehen. Oder sie fungieren als perfekte Separatoren, die eine Vermischung von Sauer- und Wasserstoff verhindern, die bei der Elektrolyse entstehen.
Zusammensetzung der Folie bleibt geheim
Ein internationales Team der Ruhr-Universität Bochum (RUB) hat jetzt eine Membran entwickelt, die beides kann. Sie bietet die Möglichkeit, die Kosten der Herstellung von Wasserstoff deutlich zu senken. Aus welchem Material sie besteht behalten die Wissenschaftler lieber für sich, um Nachahmern keine Chance zu geben. Nur so viel lassen sie verlauten: Es ist ein Kompositmaterial, also wohl eine Folie aus unterschiedlichen Kunststoffarten.
MEMBRASENZ-Team: Ghoncheh Kasiribidhendi, Fabio La Mantia, Jelena Stojadinovic und Robin Stetzka (v.l.n.r.). Die Forscherinnen und Forscher halten die von ihnen entwickelte Membran und die Siegerurkunde aus dem „KUER Wettbewerb“ in den Händen. Im Januar 2015 belegten Stojadinovic und La Mantia mit ihrer Erfindung bei der Ausschreibung des NRW-Umweltministeriums den ersten Platz. Das Forschungsduo plant basierend auf ihren Arbeiten, das Start-up „MEMBRASENZ“ zu gründen.
Quelle: Edgar Ventosa/RUB
Bei der alkalischen Elektrolyse ist eine Lauge das Ausgangsmaterial. Sie ist ein guter Stromleiter. An zwei Elektroden, die in die Flüssigkeit eintauchen, entstehen Sauer- und Wasserstoff, wenn eine Gleichspannung angelegt wird. Die Elektroden sind durch eine Membran getrennt, die die beiden eigentlich widersprüchlichen Fähigkeiten haben muss: Ionen passieren zu lassen, die entstehenden Gase aber nicht durchzulassen.
Abgesehen davon, dass das Ziel der Elektrolyse die Herstellung von möglichst reinem Wasserstoff ist, mit dem sich beispielsweise Brennstoffzellen betreiben lassen, ist eine Vermischung von Wasser- und Sauerstoff gefährlich. Es entsteht explosives Knallgas.
Besser als Asbest und Konkurrenzprodukte
„Seit dem Verbot von Asbest als Gas-Separator in der Wasserelektrolyse kämpfen die Hersteller mit der Schwierigkeit, eine hochwertige Alternative zu finden“, sagt Fabio La Mantia, Leiter der Nachwuchsgruppe „Semiconductors & Energy Conversion“ an der RUB. La Mantia ist Experte für Batterien. Zur Entwicklung der Membran arbeitete er mit Jelena Stojadinovic zusammen, einer Spezialistin für Elektrolyse.
„Wir haben Resultate aus der Batterieforschung auf das Gebiet der Wasserelektrolyse übertragen – ein Potenzial, das bislang brach lag“, so La Mantia, ohne auf Details einzugehen. „Unsere Gas-Separatoren übertreffen sowohl das gesundheitsgefährdende Asbest als auch die Produkte der Konkurrenz im Hinblick auf Ionenleitfähigkeit, Gasdichte, chemische, mechanische und thermische Widerstandsfähigkeit sowie die Kosteneffizienz“. Kombiniert mit langlebigen Elektroden, die Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt entwickelt haben, könnte die Wasserstoffproduktion auf eine bessere wirtschaftliche Grundlage gestellt werden.
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