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Jul 31, 2023

Team der TU Freiberg entwickelt Recyclingverfahren für Edelmetalle aus Elektrolyseuren

Crispin Mokry Wasserstoff aus Elektrolyse mit erneuerbaren Energien gilt als Schlüsselelement der Energiewende. Mittels Katalysatoren wird Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff gespalten.

Knusprig nass

Wasserstoff aus der Elektrolyse mit erneuerbaren Energien gilt als Schlüsselelement der Energiewende. Mittels Katalysatoren wird Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Für die elektrochemische Reaktion werden Edelmetalle wie Platin, Iridium oder Ruthenium als Katalysatoren benötigt. Wie das Recycling dieser Metalle verbessert werden kann, untersuchte ein europäisches Forschungsprojekt unter Beteiligung der TU Bergakademie Freiberg drei Jahre lang.

„Da die teuren Edelmetalle in Elektrolysezellen noch nicht vollständig durch andere ähnlich effiziente Materialien ersetzt werden können, besteht die Herausforderung darin, sie verlustfrei zurückzugewinnen. Und das im Idealfall mit umweltfreundlicher Verarbeitung“, erklärt Projektleiter Prof. Alexandros Charitos von der TU Freiberg. Umweltfreundlichere Verarbeitung ausgedienter Katalysatormaterialien Das Team konzentrierte sich auf sogenannte hydrometallurgische Recyclingmethoden. Dabei wird das Katalysatormaterial in eine wässrige Lösung überführt und anschließend als Salz oder Metall in möglichst reiner fester Form gewonnen. „Die Rückgewinnung der verschiedenen Katalysatorschichten aus Edelmetallen, dem Herzstück des Protonenaustauschmembran-Elektrolyseurs (PEM-Elektrolyseur), erfordert bisher einen energieintensiven und potenziell umweltschädlichen Prozessschritt.“ Im Projekt Recycalyse verfolgen wir ein „Ein Recyclingverfahren, bei dem die Katalysatorschichten von der fluorhaltigen Membran getrennt werden“, erklärt Dr. Lesia Sandig-Predzymirska. Die Edelmetalle in den vorkonzentrierten Katalysatorschichten können dann mit milderen und umweltfreundlicheren Laugungsmitteln recycelt werden. „Dies produziert Ausgangsstoffe, die direkt für die Herstellung neuer Elektrokatalysatoren verwendet werden können, um den Stoffkreislauf zu schließen“, sagt der Forscher.

Ein neu entwickelter Katalysator aus Iridium und Ruthenium erwies sich als der effizienteste für die Sauerstoffentwicklungsreaktion auf der Anodenseite der Zelle. Als Trägermaterial für die Metalle fungierte anstelle von Kohlenstoff ein mit Antimon dotiertes Zinnoxid. „Wir haben ein hydrometallurgisches Verfahren entwickelt und patentiert, bei dem kostengünstige Chemikalien zur effizienten Rückgewinnung von für die Industrie wertvollen Rutheniumkomplexen eingesetzt werden“, sagt Dr. Lesia Sandig-Predzymirska. Rutheniumkomplexe werden nicht nur in der chemischen Industrie zur Herstellung von Katalysatoren verwendet, sondern auch in vielen anderen Bereichen wie der Elektronikindustrie, der Medizin, der Biologie, den Nanowissenschaften und der Solarzellenproduktion. Zusammen mit einem neu entwickelten Trennverfahren der einzelnen Metallionen erreichte das Team eine Metallrückgewinnung von mehr als 90 % der enthaltenen Edelmetalle.

Da die Speicherung von Wasserstoff aus der Wasserelektrolyse ein wichtiger Baustein für die Energiewende ist, stehen Elektrodenmaterialien derzeit im Fokus der Forschung. Neben der Effizienz und Verfügbarkeit der Materialien steht im Projekt „Recycalyse“ insbesondere deren Recyclingfähigkeit im Sinne der Kreislaufwirtschaft im Fokus. Es wird vom Danish Technological Institute geleitet und von neun weiteren Partnern unterstützt (TU Bergakademie Freiberg, Fraunhofer ICT, Sustainable Innovations, TWI, Blue World Technologies, Universität Bern, Prüfrex, HyCentA Research GmbH und Accurec). Bis Ende September 2023 wird „Recycalyse“ mit insgesamt 5,5 Millionen Euro aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union im Rahmen der Fördervereinbarung Nr. 861960 gefördert.

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