Für ein resilienteres Energiesystem und die Defossilierung der Industrie ist klimaneutral erzeugter Wasserstoff entscheidend. In einer Pilotanlage in Marl startet Evonik nun die kommerzielle Produktion einer neu entwickelten Membran. Die Anlage kann jährlich Membranen für eine Elektrolyseleistung von bis zu 2,5 GW herstellen. Das entspricht einem Viertel der für das Jahr 2030 in Deutschland geplanten Gesamtkapazität.
Die Herausforderungen der grünen Wasserstoffproduktion
Durch die Energiewende wird in den nächsten Jahrzehnten die Nachfrage nach grünem Wasserstoff stark steigen. Er dient in der Industrie als nachhaltiger Energieträger und als Rohstoff in der Chemie- und Stahlproduktion. Grüner Wasserstoff entsteht durch Elektrolyse, bei der Wasser mithilfe von Strom aus erneuerbaren Quellen in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Je nach Region ist er noch etwa doppelt bis viermal so teuer wie grauer Wasserstoff aus fossilen Quellen. Neben den hohen Energiepreisen beeinflusst auch die verwendete Elektrolysetechnologie die Wirtschaftlichkeit der grünen Wasserstoffproduktion: Die etablierten Verfahren sind in ihrer Effizienz begrenzt oder erfordern hohe Investitionen.
Die AEM-Elektrolyse (Anion Exchange Membrane) löst diese Probleme als alternative Technologie. Evonik hat dafür eine Komponente entwickelt: die anionenleitende DURAION-Membran. „Unsere Membran ist hochleistungsfähig und senkt die Investitionskosten. So kann sie der innovativen AEM-Technologie zur Wasserstofferzeugung zum Durchbruch verhelfen“, sagt Christian Däschlein, Leiter der New Growth Area AEM in der Evonik Innovation Factory. Gemeinsam mit den Experten aus dem Geschäftsbereich High Performance Polymers hat er die Hochleistungsmembran für die AEM-Elektrolyse entwickelt.
Eine alternative Technologie mit klaren Vorteilen
Die kommerzielle Nutzung dieser Technologie wächst, insbesondere in Asien und Europa. Sie bietet klare Vorteile: Die AEM-Elektrolyse läuft in basischer Umgebung ab. Dadurch ist der Einsatz edelmetallfreier und somit kostengünstiger Materialien möglich. Laut Fachstudien liegt das Einsparpotenzial bei den Investitionskosten bei mindestens 25 Prozent. Da die AEM-Elektrolyse Wasserstoff direkt unter Druck produzieren kann, entfallen kostenintensive Kompressionsschritte. Zudem eignet sie sich aufgrund ihrer großen Flexibilität für den Betrieb mit schwankend verfügbarem Strom aus Wind- und Sonnenenergie.
Die DURAION-Membran ermöglicht es der AEM-Technologie, ihr volles Potenzial zu entfalten: Sie vereint hohe Ionenleitfähigkeit mit großer chemischer und mechanischer Stabilität. Dies ist nicht nur für die Lebensdauer, sondern auch für die Effizienz der Elektrolyse entscheidend. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Membran Wasserstoff und Sauerstoff zuverlässig trennt und so die Bildung von Knallgas verhindert. Sie ist für den Betrieb unter hohen Stromdichten und Drücken ausgelegt. Bei ihrer Herstellung werden zudem keine PFAS zugesetzt.
Von der Pilotanlage zur Serienproduktion
Die neue Membranproduktion in Marl ist eine zentrale Voraussetzung für die industrielle Nutzung der AEM-Elektrolyse: Evonik ist damit vom Labormaßstab zur kontinuierlichen Produktion übergegangen. Die Beschichtungsanlage zählt mit rund 20 m Länge zu den weltweit größten dieser Art. Sie stellt die Membran in einer Breite von bis zu einem Meter her und eignet sich somit für großflächige Elektrolyseure. „Unsere Stärke ist die vollständige Rückwärtsintegration – von den Startmolekülen bis hin zur fertigen Membranrolle. So können wir nicht nur große Mengen liefern, sondern auch ausgezeichnete Produkteigenschaften bei gleichbleibend hoher Qualität“, sagt der Chemiker Däschlein. Bei Bedarf lässt sich eine Gewebeverstärkung einbringen, sodass die Membran in großflächigen Systemen besonders gut nutzbar ist.
Die großskalige Anwendung der AEM-Technologie stößt insbesondere in China auf große Resonanz. Evonik nutzt diese Entwicklung strategisch: Parallel zum Produktionsstart in Deutschland nimmt das neue Evonik AEM Center Shanghai seine Arbeit auf. Es ist das erste technologieorientierte Anwendungstechnikzentrum des Konzerns in Asien, das sich klar auf AEM-Elektrolyse und ihre Integration in die Wasserstoffinfrastruktur fokussiert. In Kooperation mit lokalen Partnern und Kunden testen die Experten dort die in Marl produzierten Membranen unter industriellen Bedingungen. Das Center richtet sich an globale Abnehmer und ist zugleich eng an den stark wachsenden chinesischen Markt angebunden. Ziel von Evonik ist es, die AEM-Technologie schnell in industrielle Anwendungen zu bringen und ihre Verbreitung voranzutreiben.
