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Wissen-News Wasserstoff-Elektrolyseure recyceln: Innovation aus Freiberg

09. Mai 2025, 10:49 Uhr

In Geräten, die zu Herstellung von grünem Wasserstoff dienen, sind seltene Materialien verbaut. Diese wiederaufzubereiten ist eine kritische Aufgabe im Rahmen der Energiewende. Im sächsischen Freiberg wurden dafür Verfahren entwickelt, die jetzt technisch möglich gemacht werden sollen.

von MDR Wissen

Wasserstoff gilt als sauberer Energieträger, spielt bei der Energiewende eine entscheidende Rolle. Das Gas kann mit Hilfe von erneuerbarer Energie wie Wind- oder Solarenergie durch die Elektrolyse von Wasser hergestellt werden – und so auch als Speicher von überschüssiger Energie aus den erneuerbaren Quellen dienen. Ein Problem für die Herstellung des grünen Wasserstoffs sind allerdings die Katalysatoren, die im Elektrolyse-Verfahren eingesetzt werden. Sie sind aus seltenen Rohstoffen, an ihrem Recycling wird in Sachsen geforscht.

Wiederaufbereitung kritischer Rohstoffe mittels Trenntechniken

ReNaRe heißt das Projekt des Helmholtz-Instituts Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) an der TU Bergakademie in Mittelsachsen, was für Recycling – Nachhaltige Ressourcennutzung steht. Es ist Teil des Leitprojekts H2Giga. Dieses wiederum ist eines von drei Leitprojekten des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMBF) für den Einstieg Deutschlands in die Wasserstoffwirtschaft und befasst sich mit dem Recycling von sogenannten PEM- und Hochtemperatur-Elektrolyseuren. Beim Protonen-Austausch-Membran-Elektrolyseur (PEM) kommen vor allem Metalle der Platingruppe, wie Platin, Iridium und Palladium zum Einsatz. Hochtemperaturelektrolyseure verwenden Seltene Erden und Nickel – alles kritische Rohstoffe, deren Wiederaufbereitung für die Energiegewinnung essentiell ist.

Die Größe der Partikel entspricht ungefähr dem Hundertstel eines menschlichen Haares.

Sohyun Ahn Helmholtz-Instituts Freiberg für Ressourcentechnologie

Sohyun Ahn arbeitet an dem Projekt mit und beschreibt die zu lösenden Probleme beim Recycling der Anoden- und Kathodenmaterialien, die als feine Partikel vorliegen. "Für die Rückgewinnung der Funktionsmaterialien setzen wir Feinstpartikel-Trenntechniken ein", erklärt die Wissenschaftlerin. "Die Größe der Partikel entspricht ungefähr dem Hundertstel eines menschlichen Haares." Ahn und ihre Kollegen nutzen daher sogenannte die Flüssig-Flüssig-Partikelextraktion sowie die Agglomerations-Flotation, die sich als geeignet gezeigt haben.

Verfahren gewinnen 90 Prozent der Materialien zurück

Die Extraktion dient dazu, die wasserabweisenden (hydrophoben) Materialien an der Kathode beziehungsweise die wasseranziehenden (hydrophilen) an der Kathode zu trennen. "Die komplementäre Agglomerations-Flotation verwendet einen innovativen, nachhaltigen hydrophoben Binder, um die Agglomeration (Anhäufung, Anm. d. Red.) der Partikel zu einer einheitlichen Masse zu ermöglichen. Der Binder basiert auf einer besonderen Emulsionstechnologie, also eines Öl-Wasser-Gemischs, mit einem sehr hohen Wasseranteil, die selektiv hydrophobe Ultrafeinpartikel agglomeriert. Dies ermöglicht die Trennung von hydrophilen Feinstpartikeln durch Anhaftung an Gasblasen und Austrag im Schaum", beschreibt Ahn die Vorgehensweise. "Mit beiden Verfahren konnten wir bis zu 90 Prozent der kritischen Funktionsmaterialien zurückgewinnen und wieder in den Wertstoffkreislauf bringen. Ein wesentlicher Schritt, um die Wasserstoffelektrolyse wirtschaftlich und nachhaltig zu betreiben."

Schematische Darstellung der Trennmethoden, mit deren Hilfe kritische Rohstoffe aus den Elektrolyseuren wiedergewonnen werden können. Bildrechte: Sohyun Ahn (HIF)

Im nächsten Schritt arbeiten die Wissenschaftler um Ahn an einem Prozessschema, um das Recycling im technischen Maßstab möglich zu machen. Außerdem werden Analysen durchgeführt, um den Nutzen des Recyclings für die Nachhaltigkeit und Kosteneffizienz zahlenmäßig zu erfassen.

Links

Ahn hat gemeinsam mit anderen Wissenschaftlern bereits drei Studien publiziert:

• S. Ahn, S. A. Patil, M. Rudolph: Ultrafine particle recycling - Efficiency of the hydrophobic double emulsion technique for the selective agglomeration and froth flotation of ultrafine cathode catalyst particles from PEM water electrolyzers, in ACS Engineerung, 2025
• S. Ahn, S. A. Patil, M. Rudolph: Influence of surfactants on selective mechanical separation of fine high temperature electrolyzer active materials contributing to circular economy, in Industrial Chemistry & Materials, 2024
• S. Ahn, M. Rudolph: Development of Fine Particle Mechanical Separation Processes with Representative Catalyst Materials for Recycling PEM Water Electrolyzers Exploiting their Wetting Characteristics, in ChemCatChem, 2024

Weitere Informationen zum Projekt ReNaRe finden sich hier.

pm/jar