Ein wichtiger Kostenfaktor bei Elektrolyseuren sind die Stromverteiler aus Titan. Forscher des PTS aus Heidenau haben nun ein metallbeschichtetes Papier entwickelt, das dieses teure und schwer herzustellende Metall ersetzen kann.
Stromleitendes Papier, wie am PTS hergestellt, besteht aus Metallpulver und Zellulosemasse.
PTS
Die Wasserstoffelektrolyse ist ein lange bekanntes Verfahren, das durch die Notwendigkeit, fossile Brennstoffe zu ersetzen, aktuell einen Bedeutungszuwachs erhält. "In einem Elektrolyseur wird Wasser durch Stromfluss in seine chemischen Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Der Wasserstoff wird aufgefangen und durch Rohrleitungen oder in Tanks geführt", beschreibt Springer-Vieweg-Autor Marco Winzker in seinem Buchkapitel Energietechnik auf Seite 109 die grundlegende Funktionsweise.
Grüner Wasserstoff spielt also eine entscheidende Rolle beim europäischen Green Deal, der dabei helfen soll, den Kontinent klimaneutral zu machen. Er ist ein integraler Bestandteil nationaler Defossilisierungsstrategien, die allein für Deutschland 9 Milliarden Euro schwer ist, und ein wichtiger Schritt zur Weiterentwicklung und Umsetzung der Energiewende in Europa.
Stromverteiler aus Titan teuer
Der grüne Wasserstoff wird CO2-frei hergestellt und basiert auf Strom aus erneuerbaren Energiequellen, der durch Wasserelektrolyse gewonnen wird. Die bisher verwendeten Titan-Stromverteiler sind bei diesem Verfahren die größte Kostenquelle. Denn bei großen Vorteilen wie der halben Dichte von Edelstahl, aber vergleichbarer technischer Belastbarkeit und Korrosionsbeständigkeit ist Titan etwa fünfmal so teuer wie Edelstahl. Dies ist vor allem auf den aufwendigen Herstellungsprozess des an sich nicht seltenen Metalls zurückzuführen.
Die Papiertechnische Stiftung (PTS) in Heidenau bei Dresden hat nun mit einem stromleitenden Papier eine Entdeckung gemacht, die genau diese Kosten deutlich minimieren könnten. Als Mitglied der Zuse-Gemeinschaft ist es den PTS-Forschern gelungen, ein nachhaltiges und kostengünstiges Material für den Stromverteiler in der Elektrolyse von Wasser zur Erzeugung von grünem Wasserstoff zu entwickeln.
Mix aus Metallpulver und Zellulosemasse
Das stromleitende Papier besteht aus einer Mischung aus Metallpulver und Zellulosemasse. Durch verschiedene Prozessschritte entsteht ein papierbasierter Stromverteiler, der in der Wasserelektrolyse mit vergleichbarer Effizienz eingesetzt werden kann. Das Projekt wurde mit Mitteln der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) gefördert und erhielt den renommierten 25. Otto-von-Guericke-Preis der AiF für seine herausragenden Leistungen.
Bei PEM-Elektrolyseuren ist diese Art von Stromverteilern unerlässlich, egal, aus welchem Material sie bestehen. "An die Elektroden werden jeweils poröse Stromverteiler bzw. Transportschichten (porous transport layer, PTL) gepresst, die den elektrischen Strom an die Elektroden heran- bzw. abführen", benennt dies ein Springer-Vieweg-Autorenkollektiv um Sebastian Metz in seinem Buchkapitel Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse und weitere Verfahren auf Seite 225.