Heraeus erforscht Recyclingtechnologien für den Wasserstoffhochlauf als Teil des Leitprojekts H₂Giga

Zur Umsetzung der Energiewende haben sich die deutsche Bundesregierung und die Europäische Union ehrgeizige Ziele gesetzt. Der PEM-Elektrolyse (Proton Exchange Membrane) als Schlüsseltechnologie kommt dabei eine tragende Rolle zu, da sie aus erneuerbarem Strom grünen Wasserstoff zur Deckung des Bedarfs von industriellen Mengen erzeugen kann.

Um die definierten Ziele zu erreichen, muss die Produktion von PEM-Elektrolyseuren zur Serienreife gebracht werden. Für die in den Elektrolyseuren verbauten seltenen Rohstoffe Iridium und Platin ist eine Rohstoffstrategie nötig, um den Bedarf an Katalysatoren langfristig bedienen zu können. Diese sind für die Spaltung von Wasser in der PEM-Elektrolyse unverzichtbar. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert deshalb die Implementierung wichtiger Technologien für einen Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft im Leitprojekt H₂Giga.

Innerhalb des Leitprojekts H₂Giga zielen zwei Teilprojekte auf eben diese Serienreife ab, an denen Heraeus unter Konsortialführer Siemens Energy beteiligt ist. Konkret ist Heraeus hier für das Schließen des Wertstoffkreislaufs der kritischen Rohstoffe Iridium und Platin verantwortlich: Als Edelmetallexperte entwickelt Heraeus Katalysatoren für die PEM-Elektrolyse mit geringem Edelmetallgehalt und smarte Recycling-Lösungen, die das Problem der limitierten Rohstoffverfügbarkeit durch Rückgewinnung lösen helfen. Mit beiden Ansätzen soll der Ausbau der PEM-Elektrolyse im industriellen Maßstab ermöglicht werden.

Katalysatoren, die auf dem Edelmetall Iridium basieren, sind bei der PEM-Elektrolyse unabdingbar. Sie beschleunigen den Prozess der Sauerstoffentwicklung und somit die parallel ablaufende, platinkatalysierte Erzeugung von Wasserstoff.

Beim Recycling der knappen Rohstoffe sind eine Reihe konkreter Herausforderungen zu lösen. Das beinhaltet die Rückführung edelmetallhaltiger End-of-Life-Elektroden – also Elektroden am Ende ihres Lebenszyklus – aus PEM-Elektrolyseuren, sowie die Frage, wie diese Elektroden im nötigen Maßstab zu recyclingfähigem Material verarbeitet werden können. Insbesondere enthaltene Stoffe wie Fluor machen diesen Prozess anspruchsvoll. Auch die weitere Abtrennung und Aufreinigung von Iridium ist nicht trivial, und es bedarf besonderer und auch neuer Technologien, hier eine möglichst hohe Ausbeute zu erreichen.

„Um die Energiewende zu schaffen, muss grüner Wasserstoff in großen Mengen auf einem wettbewerbsfähigen Preisniveau hergestellt werden können“, sagt Christian Gebauer, Head of Innovation Hydrogen Systems bei Heraeus. „Wir forschen intensiv daran, mit weniger Rohstoffeinsatz eine höhere Leistung zu erzielen. Zugleich arbeiten wir daran, die Technologie und die Kapazitäten für das Recycling dieser kritischen Rohstoffe voranzubringen. Für eine Serienproduktion ist es unverzichtbar, sich rechtzeitig und nachhaltig um die Rohstoffkette zu kümmern.“

H₂Giga ist eines von drei Leitprojekten des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb des Ideenwettbewerbs „Wasserstoffrepublik Deutschland“. Aufgeteilt in verschiedene Teilprojekte und etwa 30 eigenständige Verbünde arbeiten Wirtschaft und Wissenschaft an der Industrialisierung der Wasserelektrolyse, um grünen Wasserstoff im industriellen Maßstab herstellen zu können. Eine Fördersumme von bis zu 500 Millionen Euro ist für das gesamte Leitprojekt H₂Giga bereitgestellt. Heraeus beteiligt sich an den Scaleup-Teilprojekten DERIEL (De-risking Elektrolyseur) und SEGIWA (Serienproduktion GigaWatt).

Partner der Siemens Energy bei DERIEL sind neben der Heraeus Precious Metals, das Forschungszentrum Jülich, die RWTH Aachen, die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, OFFIS e.V., die Leibniz Universität Hannover, die Ruhr Universität Bochum, das Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion, sowie die Pro-Aviation Consult GmbH als assoziierte Partner.

DERIEL beschäftigt sich mit den Prozessen, die zum Anfang der Rückgewinnung der Edelmetalle Iridium und Platin notwendig sind. Beginnend mit der Rückführung der Edelmetalle als End-of-Life-Elektroden über Präparation und die Beprobung für die Rückgewinnung wird die Ausweitung der Materialmengen für Elektrolyseure im Gigawattbereich bearbeitet.

Die Projektpartner bei SEGIWA sind neben Heraeus das Forschungszentrum Jülich, die RWTH Aachen, die Hahn-Schickard Gesellschaft für angewandte Forschung e.V., das Leibniz-Institut für Katalyse, die Leibniz Universität Hannover, OFFIS e.V., die Fumatech BWT GmbH sowie die Main-Automation GmbH und FIR e.V. an der RWTH Aachen.

SEGIWA beschäftigt sich mit der Aufarbeitung bzw. Raffination, also die Separation der Edelmetalle von den anderen enthaltenen Stoffen sowie die anschließende Trennung von Platin und Iridium. Auch die abschließende Umwandlung in Edelmetallvorproduktstufen und -produkte ist in SEGIWA angesiedelt.

Heraeus Precious Metals gehört weltweit zu den führenden Anbietern von Edelmetallservices und -produkten. Wir vereinen alle Tätigkeiten, die sich aus der umfassenden Kompetenz von Heraeus im Edelmetallkreislauf ergeben – vom Handel, über Edelmetallprodukte bis hin zum Recycling.

Heraeus Precious Metals ist einer der weltgrößten Refiner von Platingruppenmetallen (PGM) und gehört zu den führenden Adressen im industriellen Edelmetallhandel. Unsere Edelmetallprodukte finden in vielfältigen Industrien Verwendung, darunter Chemie, Pharmazie, Glas, Elektronik und Automotive. Aufgrund unserer langjährigen Erfahrung und technischen Expertise bieten wir Lösungen und Produkte in höchster Qualität. Dabei stehen wir unseren Kunden als zuverlässiger Entwicklungspartner zur Seite und finden die beste Lösung für seine Anforderungen.

Der Technologiekonzern Heraeus mit Sitz in Hanau ist ein weltweit führendes Portfoliounternehmen in Familienbesitz. Die Wurzeln des Unternehmens reichen zurück auf eine seit 1660 von der Familie betriebene Apotheke. Heraeus bündelt heute eine Vielzahl von Geschäften in den Feldern Umwelt, Elektronik, Gesundheit und industrielle Anwendungen. Kunden profitieren von innovativen Technologien und Lösungen, basierend auf einer breit aufgestellten Materialexpertise und Technologieführerschaft. Im Geschäftsjahr 2020 erzielte die FORTUNE Global 500 gelistete Gruppe einen Gesamtumsatz von 31,5 Milliarden Euro und beschäftigt rund 14.800 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in 40 Ländern. Heraeus zählt zu den Top 10 Familienunternehmen in Deutschland und hat eine führende Position auf seinen globalen Absatzmärkten.