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„Wasserelektrolyse ist eine Schlüsseltechnologie für die Energiewende“

Drei Fragen an…  Julius Knöppel über seine Forschung im Bereich der Katalysatoren-Entwicklung, die jüngst in einem Paper im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht wurde.

Herr Knöppel, welche Funktion erfüllen Elektrokatalysatoren in einem Wasserelektrolyseur?

„Elektrokatalysatoren sind die Hauptkomponenten der Elektroden des Wasserelektrolyseurs, der Anode und der Kathode. In diesen Schichten finden die elektrochemischen Wasserspaltungsprozesse statt, wodurch Wasserstoff gewonnen wird. Ein guter Elektrokatalysator ist ein guter Leiter, da er für den Ladungstransport im Elektrolyseur mitverantwortlich ist, und wirkt katalytisch betreffend der auf ihm stattfindenden Reaktion. Das bedeutet, dass die Energiemenge, die benötigt wird, um die Reaktion in Gang zu halten, gesenkt wird. Das heißt, dass mehr Wasserstoff mit derselben Menge an elektrischer Energie produziert würde.“

Julius Knöppel, Doktorand am HI ERN, forscht im Team "Elektrochemische Energieumwandlung". Julius Knöppel, Doktorand am HI ERN, forscht im Team "Elektrochemische Energieumwandlung".
Copyright: Lukas Reinhardt/ HI ERN

Im März wurde Ihr Paper im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht. Was bedeuten die Ergebnisse für die künftige Entwicklung von Wasserelektrolyseuren?

„Eine der wichtigsten Eigenschaften, die ein industriell genutzter Elektrolyseur haben muss, um ökonomisch betrieben zu werden, ist eine lange Haltbarkeit. Für die industrielle Anwendung werden hier Lebensdauern um die 10 Jahre angepeilt.

Unsere Publikation beschäftigt sich mit den aktuellen und zukünftigen Prozeduren, mit denen die Stabilität von Elektrokatalysatoren ermittelt werden. Neu entwickelte Elektrokatalysatoren für die Wasserspaltung werden üblicherweise in extrem einfachen Systemen getestet, den sogenannten wässrigen Modellsystemen. Während wir bereits über eine breite Wissensbasis über die Eigenschaften von Elektrokatalysatoren in diesen Systemen verfügen, gab es in den vergangenen Jahren vermehrt Hinweise, dass sich diese Erkenntnisse nicht auf die deutlich komplexeren industriellen Wasserelektrolyseure übertragen lassen. Insbesondere die Katalysatorstabilität weicht in beiden Systemen um mehrere Größenordnungen ab. Die Komplexität des industriellen Elektrolyseurs behindert hierbei aber eine Quantifizierung der Auflösungsprodukte in realen Systemen.

Unser neu entwickelter Ansatz greift genau dieses Problem auf. Wir haben in unserer Veröffentlichung die erste Messung von Katalysatorauflösungsprodukten mit plausiblen Resultaten in einem echten Elektrolyseur gezeigt. Zusammen mit unserer breit angelegten Parameterstudie im wässrigen Modellsystem ist dies ein wichtiger erster Beitrag zu einem besseren Verständnis der Degradationsprozesse, die in Elektrolyseuren stattfinden. Dieses Wissen wird hoffentlich in Zukunft dabei helfen, diese Prozesse zu unterbinden und schlussendlich zu haltbareren Wasserelektrolyseuren führen.“

Wie wichtig ist die Forschung an Elektrokatalysatoren für die Entwicklung erneuerbarer Energien?

„Wasserelektrolyse sowie andere Elektrolysetechnologien, wie CO2-Reduktion, sind Schlüsseltechnologien für die gerade stattfindende Energiewende. Basierend auf diesen Technologien existieren zwar bereits industriell angewendete Elektrolyseure, diese haben aber noch nicht die nötige technologische Reife für eine breite Anwendung. Zur Lösung dieses Problems wird mehr Forschung benötigt. Da es sich bei Elektrokatalysatoren um Schlüsselkomponenten in diesen Geräten handelt, ist Forschung zu Elektrokatalysatoren von zentraler Bedeutung für ein Gelingen der Energiewende.

Allerdings werden diese Anstrengungen nur zu besseren Elektrolyseuren führen, wenn andere Bauteile wie die Membran oder die Bipolarplatten gleichermaßen verbessert werden.“

Weitere Hintergründe zur Publikation im Fachjournal Nature Communications

KONTAKT

J. Knöppel
Julius Knöppel
PhD Student
Telefon: +49 9131 85-20257
E-Mail: j.knoeppel@fz-juelich.de

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