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Stofflicher Speicher
BMBF
Wasserelektrolyse 4.7.2016

Membranuntersuchung unter Elektronenmikroskop
© BASF

Wasserstofftrocknung mit günstigen Membranen

Kostengünstige, hoch selektive Membranen können Restwasser effektiv und mit geringem zusätzlichen Energiebedarf abtrennen. Ziel der Forschung war, einen stabilen und für Wasserstoff gut durchlässigen Kunststoffträger mit einer metallischen Dünnschicht im Nanometer-Maßstab zu überziehen. Diese Schicht soll wasserundurchlässig und gleichzeitig hoch permeabel für Wasserstoff sein.

Projektstatus Projekt abgeschlossen
Projektlaufzeit Februar 2013 bis Juni 2016

Bei der Wasserelektrolyse entsteht feuchter Wasserstoff, der vor der Zwischenspeicherung getrocknet werden muss. Kostengünstige, hoch selektive Membranen können eine Möglichkeit sein, Restwasser effektiv und mit möglichst geringem zusätzlichem Energiebedarf abzutrennen. Ziel ist, einen stabilen und für Wasserstoff gut durchlässigen Kunststoffträger mit einer metallischen Dünnschicht im Nanometer-Maßstab zu überziehen. Diese Schicht soll wasserundurchlässig und gleichzeitig hoch permeabel für Wasserstoff sein. Diese Kompositmembranen werden im Labor getestet und technisch wie auch ökonomisch bewertet.

  • Elektrolyse: Wasserstofftrocknung mit kostengünstigen, hoch selektiven Membranen. © BASF
  • Messzelle © ZBT
  • Mit Pt beschichtete Polymer-Membran © UDE
  • Membranuntersuchung unter Elektronenmikroskop © BASF

Das Verbundvorhaben „Me-KoMeT: Metall-Kunststoff-Komposit-Membranen zur Trocknung von Elektrolyse-Wasserstoff“ startete im Februar 2013 und teilt sich in drei Bereiche auf: Zunächst erfolgen parallel die Entwicklung geeigneter Kunststoffträgerstrukturen, die Weiterentwicklung einer Beschichtungstechnik zum Auftragen dünner metallischer Schichten sowie der Aufbau einer Versuchsanordnung zur Charakterisierung und Bewertung der im weiteren Verlauf hergestellten Membranen. Nach Etablierung der Beschichtungsmethode und der Charakterisierung der unbeschichteten Kunststoffträger erfolgen nach ca. einem Jahr erste Tests mit den metallisch beschichteten Kompositmembranen. Diese Untersuchungen laufen ebenso wie die Weiterentwicklung der Trägerstruktur und der Beschichtungstechnik bis zum Projektende weiter. Nach ca. zwei Jahren sollen ausreichend Ergebnisse zur Verfügung stehen, die eine Konzeptentwicklung für eine Trocknungseinheit sowie die wirtschaftliche Bewertung der Technik im Vergleich zu bestehenden Trocknungsverfahren ermöglichen.

Neuartige Gastrennmembrane

Das Hauptaugenmerk des Projektes liegt in der Entwicklung und Erforschung neuartiger Gastrennmembranen, bei denen eine metallische Schicht mit einer Dicke im geringen Nanometerbereich für die Funktionalität verantwortlich ist und ein entsprechend strukturierter Kunststoffträger für eine ausreichende Stabilität sorgt. Der Träger muss daher einerseits eine glatte Oberfläche aufweisen, die sich defektfrei mit einer geringen Metallschicht überziehen lässt und andererseits offene Strukturen bieten, um den Wasserstofffluss nicht zu behindern. Zusätzlich muss das Kunststoffmaterial mechanisch so stabil sein, dass es den auftretenden Differenzdrücken zwischen der Eingangsseite und der Produktseite standhalten kann. Neben Material und Struktur des Trägers sind die Auswahl des Metalls und das Beschichtungsverfahren von wesentlicher Bedeutung. Haftung, Gleichmäßigkeit sowie Haltbarkeit lassen sich vom Herstellungsprozess und dessen Parametern beeinflussen. Diese Abhängigkeiten werden im Projekt systematisch untersucht.

Struktur und Materialeigenschaften anpassen

Wasserstoff kann über den Weg der Wasserelektrolyse als Speichermedium für überschüssige, regenerativ erzeugte elektrische Energie dienen. Der dabei entstehende Wasserstoff muss getrocknet werden und kann dann gespeichert und bei Bedarf wiederum zur Stromerzeugung aber auch als Kraftstoff für z.B. PKW oder Busse verwendet werden. Technisch realisierte Trocknungsverfahren, wie z.B. die Druckwechseladsorption (PSA - Pressure Swing Adsorption) oder die Temperaturwechseladsorption (TSA - Temperature Swing Adsorption) erfordern für einen kontinuierlichen Betrieb mehrere Reaktionsbehälter, die im Wechsel das Gas trocknen und die dann regeneriert werden. Basierend auf Vorarbeiten werden hinsichtlich Struktur und Materialeigenschaften angepasste Kunststoffträger bei BASF SE entwickelt, von der Arbeitsgruppe Dünnschichttechnologie der Universität Duisburg-Essen metallisch beschichtet und am Zentrum für Brennstoffzellentechnik experimentell untersucht und bewertet.

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

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