Grüner Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft. Das Gas wird durch Elektrolyse gewonnen, bei der Wasser mithilfe von Strom aus erneuerbaren Quellen in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt wird. Auf diese Weise lässt sich überschüssige Energie aus Windkraft- oder Solaranlagen für eine spätere Nutzung speichern. In der Brennstoffzelle läuft der Prozess umgekehrt: Wasserstoff wird wieder in Strom umgewandelt. Während die Effizienz und Leistungsfähigkeit beider Technologien kontinuierlich verbessert wurden, blieb die Wiederverwertbarkeit der Bauteile und Werkstoffe bisher weitgehend unbeachtet – kritische und wertvolle Rohstoffe gehen verloren.
Recycling wird von Anfang an mitgedacht
Im Rahmen der Sächsischen Wasserstoffunion realisiert die Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (HTWD) das Verbundprojekt „Hy2Cycle“. Gemeinsam mit den Technischen Universitäten in Dresden, Chemnitz und Freiberg arbeitet ein Team der HTWD daran, recyclinggerechte Konzepte für Brennstoff- und Elektrolysezellen zu entwickeln. Das Ziel besteht darin, energieeffiziente, ressourcenschonende und wiederverwendbare Systeme entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu ermöglichen und somit die Technologie nachhaltiger zu gestalten. Die Forschungsergebnisse sollen eine gezielte Weiterentwicklung zukünftiger Brennstoffzellen- und Elektrolyseursysteme ermöglichen.
„Die alkalische Hochdruckelektrolyse macht die energieaufwändige Herstellung von Wasserstoff effizienter und spart damit Energie und Kosten. Unser Projektpart besteht in der Konstruktion und Fertigung eines Druck-Alkali-Elektrolyseurs, bei dem möglichst alle Komponenten recycelbar sind“, erklärt Mathias Jäckel, Professor für Umform- und Trenntechnik an der HTW Dresden und Projektleiter. „Dabei betrachten wir den gesamten Lebenszyklus der Bauteile und richten den Fokus gleichzeitig auf Design, Herstellungsprozess und Ressourceneffizienz, was ein Alleinstellungsmerkmal unseres Vorhabens ist.“
Für die Forschenden bedeutet das, die Recyclingfähigkeit von Anfang an mitzudenken. Basierend auf der Analyse von Korrosions-, Verschleiß- und Alterungsschäden sowie der Untersuchung der Recyclingfähigkeit schadhafter Komponenten und Materialien entwickeln sie Design- und Materialkriterien und angepasste Herstellungsverfahren. Geeignete Werkstoffe müssen sehr hohe Anforderungen erfüllen, sodass die Auswahl begrenzt ist. Auch die Verfügbarkeit spielt eine Rolle. Um die Abhängigkeit von knappen Ressourcen zu verringern, sollen seltene Rohstoffe – soweit möglich – ersetzt werden.
Nachhaltige Produktionstechnologien als Schlüssel
Neben den Fertigungstechnologien spielen auch die Produktionsanlagen eine wichtige Rolle in der produktionstechnischen Forschung. Das Investitionsprojekt „Sustainable Energy Press (SEP)“ ermöglicht es der HTW Dresden, eine moderne elektromechanische Servospindelpresse anzuschaffen. Diese soll anwendungsnahe Forschungen in den Bereichen Wasserstofftechnologien, Energiespeichertechnologien und Digitalisierung von Produktionstechnologien unterstützen.
„Anders als eine konventionelle Hydraulikpresse wird eine Servopresse elektromechanisch betrieben. Zudem ist sie wartungsärmer und besitzt einen höheren Wirkungsgrad, verbraucht also weniger Energie“, erläutert Mathias Jäckel, der die Anschaffung initiiert hat.
