F3-PYLOT: Vollständig fluorfreie PEM-Elektrolyse

Bei der Wasserstoff-Erzeugung durch PEM-Elektrolyse erfolgt die Trennung von Wasserstoff und Sauerstoff an einer speziellen Membran. Für diese kommen bisher überwiegend Materialien zum Einsatz, die PFAS (per- und polyfluorierte Alkylverbindungen) enthalten. Ihr Vorteil: Sie machen die Membranen besonders widerstandsfähig und langlebig. PFAS gelten jedoch als problematisch, weil sie kaum abbaubar sind und sich in der Umwelt sowie im menschlichen Körper anreichern können. Aufgrund geplanter EU-Regulierungen zu PFAS steht die Wasserstoffindustrie vor der Herausforderung, geeignete Alternativen zu entwickeln, um die PEM-Elektrolyse langfristig weiter nutzen zu können.

Genau daran arbeitet das deutsch-japanische Projekt F3-PYLOT (Fully Fluorine Free – Production of Green Hydrogen). Sein Ziel ist es, erstmals nicht nur die Membran selbst, sondern auch die PFAS-enthaltenden Elektroden fluorfrei zu machen. Dafür muss das Projekt ein komplett neues, fluorfreies Ionomer von Grund auf entwickeln. Gleichzeitig müssen die Forschenden die chemischen und mechanischen Vorgaben einer Kohlenwasserstoff-Membran berücksichtigen. Dabei können sie auf die Erfahrungen des japanischen Unternehmens Toray zurückgreifen. Das deutsche Verbundprojekt arbeitet dafür mit einem von japanischer Seite geförderten Projekt zusammen.

F3-PYLOT nutzt Verfahren aus Wasserstoff-Leitprojekt

Ein Schwerpunkt des Vorhabens ist es, die Funktion und das Alterungsverhalten fluorfreier Elektrolysesysteme grundlegend zu verstehen. Dazu nutzt das Projektteam Analytik- und Modellierungsverfahren, die innerhalb der BMFTR-Wasserstoff-Leitprojekte im Vorhaben H₂Giga DERIEL aufgebaut und entwickelt wurden. Weitere Forschungsschwerpunkte sind eine neuartige, gewebeverstärkte Membran-Elektroden-Einheit, das Zelldesign für Kohlenwasserstoff-Membranen, Untersuchungen zur Fertigbarkeit und die elektrochemische Charakterisierung.