Hochtemperaturelektrolyse: Eine Schlüsseltechnologie für die Energiewende

Die Montanuniversität Leoben, das Materials Center Leoben Forschung GmbH und die AVL List GmbH forschen an einem neuartigen Designansatz für die zielgerichtete, kostengünstige und ressourcenschonende Entwicklung von Hochtemperaturelektrolysezellen.

Kürzlich startete das neue Forschungsprojekt "Design-SOEC - Wissensbasiertes Design von Hochtemperaturelektrolysezellen für optimierte Wasserstoffherstellung" mit dem Lehrstuhl für Physikalische Chemie als Konsortialführer.

Große Herausforderungen

Die vermehrte Nutzung erneuerbarer Energien stellt einen entscheidenden Faktor für die Erreichung der Klimaziele und der Energieunabhängigkeit Österreichs bzw. Europas dar. Die Entwicklung neuer Technologien zur Speicherung erneuerbarer Energien aus volatilen Quellen spielt dabei eine wichtige Rolle. Die Hochtemperaturelektrolyse von Wasserdampf und/oder Kohlendioxid ist eine Schlüsseltechnologie zur hocheffizienten Speicherung von Strom aus erneuerbaren Quellen in Form von grünem Wasserstoff oder Synthesegas. In Kombination mit Power-to-X Technologien erlaubt die Hochtemperaturelektrolyse die Herstellung von Kohlenwasserstoffen (E-Fuels), Alkoholen (z. B. E-Methanol) oder E-Ammoniak.

"Um Hochtemperaturelektrolysesystemen zum Marktdurchbruch zu verhelfen, wird allerdings eine deutliche Kostensenkung durch Automatisierung in der Produktion erforderlich sein. Besonderer Bedeutung kommt dabei der Forschung an Energiematerialien für Hochtemperaturelektrolysezellen zu, um eine Erhöhung der Lebensdauer, eine Verringerung des Bedarfs an kritischen Rohstoffen und eine Verkürzung der Entwicklungszeiten zu erreichen", erläutert Assoz.-Prof. Dr. Edith Bucher vom Lehrstuhl für Physikalische Chemie.

Ambitionierte Ziele

"Das Projekt verfolgt eine innovative Herangehensweise zur Optimierung von Hochtemperaturelektrolysezellen, wobei der Einsatz von KI-basierten Bildanalysealgorithmen eine entscheidende Rolle spielen wird", erklärt Roland Brunner, Projektverantwortlicher am Materials Center Leoben Forschung GmbH.

Ein wesentliches Ziel des Projektes ist die Senkung der Kosten für Hochtemperaturelektrolysezellen und die Unabhängigkeit von kritischen Rohstoffen. Kobalt und Strontium, die derzeit noch vorrangig verwendet werden, sollen durch breit verfügbare, nachhaltige und umweltfreundliche Materialien ersetzt werden. Weiteres Ziel ist die Steigerung der Leistungsfähigkeit und Langzeitstabilität der Zellen, wobei die maximal erreichbare Elektrolysestromdichte um 50 Prozent gesteigert und die Degradationsrate um 50 Prozent verringert werden soll.

Im Bereich der Digitalisierung sollen eigens im Projekt entwickelte Modellierungs- und Simulationstools zur Beschleunigung der Entwicklung von Hochtemperaturelektrolysezellen beitragen. Für einzelne prozessrelevante Schritte wird dadurch eine Beschleunigung von mindestens 35 Prozent erwartet. "Ziel ist die Entwicklung eines wissensbasierten Designansatzes, der es ermöglicht, die Anzahl von experimentellen Untersuchungen durch Anwendung von Digitalisierungsmethoden zu senken und auf industriellen Maßstab zu skalieren", erklärt Dr. Reinhard Tatschl von der AVL abschließend.

Quelle: Montanuniversität Leoben