In einer Pilotanlage in Marl beginnt Evonik die kommerzielle Fertigung einer neu entwickelten Hochleistungsmembran. Sie bildet die zentrale Komponente für die AEM-Elektrolyse und soll grünen Wasserstoff künftig kostengünstiger machen. Dieser ist je nach Region derzeit noch etwa doppelt oder sogar viermal so teuer wie grauer Wasserstoff aus fossilen Quellen.
Die Anlage stellt die Polymer-Membran ab sofort im industriellen Maßstab her und erreicht eine Kapazität für eine Elektrolyseleistung von bis zu 2,5 Gigawatt pro Jahr. Das entspricht einem Viertel der gesamten für 2030 geplanten Elektrolysekapazität in Deutschland. Mit dem Schritt vom Labormaßstab zur kontinuierlichen Produktion schafft Evonik die Voraussetzung für die industrielle Nutzung der AEM-Technologie.
Hochleistungsmembran löst Schwächen etablierter Elektrolyseverfahren
Klimaneutral erzeugter Wasserstoff gilt als zentraler Baustein für ein resilienteres Energiesystem und die Defossilierung der Industrie, denn er dient sowohl als nachhaltiger Energieträger als auch als Rohstoff für die Chemie- und Stahlproduktion. Mit der Energiewende wird der Bedarf an grünem Wasserstoff in den kommenden Jahrzehnten deutlich steigen. Gewonnen wird er durch Elektrolyse, bei der Wasser mithilfe von Strom aus erneuerbaren Quellen in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird.
Wie wirtschaftlich diese Produktion ist, hängt neben den Energiepreisen wesentlich von der eingesetzten Elektrolysetechnologie ab. Etablierte Verfahren sind entweder in ihrer Effizienz begrenzt oder erfordern hohe Investitionen, ein Engpass, an dem die AEM-Elektrolyse (Anion Exchange Membrane) als alternative Technologie ansetzt. Genau für sie hat Evonik die neue Hochleistungsmembran entwickelt: die anionenleitende DURAION® Membran. Ihr basisches Reaktionsmilieu erlaubt den Einsatz edelmetallfreier und damit kostengünstigerer Materialien, wodurch sich laut Fachstudien mindestens 25 Prozent der Investitionskosten einsparen lassen. Da bei der AEM-Elektrolyse Wasserstoff bereits unter Druck entsteht, entfallen zudem zusätzliche, kostenintensive Kompressionsschritte. Ihre hohe Flexibilität macht sie außerdem für den Betrieb mit schwankend verfügbarem Strom aus Wind und Sonne geeignet, weshalb ihre kommerzielle Nutzung vor allem in Asien und Europa zunimmt.
DURAION® Membran vereint Leistungsfähigkeit, Stabilität und Sicherheit
Die DURAION® Membran erschließt das volle Potenzial der AEM-Technologie. „Unsere Membran ist hochleistungsfähig und senkt die Investitionskosten. So kann sie der innovativen AEM-Technologie zur Wasserstofferzeugung zum Durchbruch verhelfen“, sagt Christian Däschlein, Leiter der New Growth Area AEM in der Evonik Innovation Factory. Entwickelt wurde sie von seinem Team gemeinsam mit Experten aus dem Geschäftsbereich High Performance Polymers.
Technisch vereint die Membran hohe Ionenleitfähigkeit mit großer chemischer und mechanischer Stabilität, zwei Eigenschaften, die sowohl ihre Lebensdauer als auch die Effizienz der Elektrolyse maßgeblich bestimmen. Zuverlässig trennt sie Wasserstoff und Sauerstoff und verhindert so die Bildung von Knallgas. Ausgelegt ist sie für den Betrieb unter hohen Stromdichten und Drücken, und bei ihrer Herstellung wird auf den Zusatz von PFAS verzichtet. Bei Bedarf lässt sich zudem eine Gewebeverstärkung einbringen, sodass sie sich auch in großflächigen Systemen einsetzen lässt.
Sprung vom Labormaßstab zur industriellen Produktion
Mit der neuen Produktion in Marl gelingt Evonik der Sprung vom Labormaßstab zur kontinuierlichen Fertigung, eine zentrale Voraussetzung für die industrielle Nutzung der AEM-Elektrolyse. Die dafür eingesetzte Beschichtungsanlage zählt mit rund 20 Metern Länge zu den weltweit größten ihrer Art und stellt die Membran in einer Breite von bis zu einem Meter her, womit sie sich für großflächige Elektrolyseure eignet. „Unsere Stärke ist die vollständige Rückwärtsintegration – von den Startmolekülen bis hin zur fertigen Membranrolle. So können wir nicht nur große Mengen liefern, sondern auch ausgezeichnete Produkteigenschaften bei gleichbleibend hoher Qualität“, sagt der Chemiker Däschlein. Erste Hersteller von AEM-Elektrolyseuren setzen DURAION® Membranen bereits in der Pilotfertigung und in Demonstrationsanlagen ein.
Besonders in China stößt die großskalige Anwendung der AEM-Technologie auf starkes Interesse. Evonik reagiert darauf mit dem neuen Evonik AEM Center Shanghai, das parallel zum Produktionsstart in Deutschland seine Arbeit aufnimmt. Es ist das erste technologieorientierte Anwendungstechnikzentrum des Konzerns in Asien mit klarem Schwerpunkt auf AEM-Elektrolyse und ihre Integration in die Wasserstoffinfrastruktur.
Dort prüfen Experten in Zusammenarbeit mit lokalen Partnern und Kunden, wie sich die in Marl gefertigten Membranen unter industriellen Bedingungen verhalten. Das Center ist sowohl auf globale Abnehmer ausgerichtet als auch eng an den stark wachsenden chinesischen Markt angebunden. Evonik verfolgt damit das Ziel, die AEM-Technologie zügig in industrielle Anwendungen zu überführen und ihre Verbreitung weiter voranzutreiben.
