Kohlenstoffdioxid als Rohstoff nutzen, erneuerbare Energien effizient speichern und industrielle Prozesse unabhängiger von fossilen Energieträgern machen: Zu diesem Zweck wollen die Fraunhofer-Institute für Angewandte Polymerforschung IAP und für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT sowie das südkoreanische Unternehmen SGC Energy künftig gemeinsam Technologien für die Energieumwandlung und -speicherung weiterentwickeln.
Der Fokus der Zusammenarbeit liegt insbesondere auf der CO2-Elektrolyse, Wasserstofftechnologien, Brennstoffzellen und Batterietechnologien. Denn eine klimaneutrale Industrie entsteht sowohl durch höhere Effizienz als auch durch neue Wege im Umgang mit Kohlenstoff und Energie. So kann Kohlendioxid zum Rohstoff werden und erneuerbarer Strom die Grundlage für Wasserstoff, synthetische Kraftstoffe und leistungsfähige Speicher bilden.
Genau hier setzt die Partnerschaft an: Das Fraunhofer IAP im Potsdam Science Park bringt seine Expertise in der Entwicklung neuer Membranen ein, diese können die Energieeffizienz elektrochemischer Prozesse steigern. Fraunhofer UMSICHT ergänzt dies durch sein Know-how in der Elektrochemie und im Anlagenbau. SGC Energy steuert CO2- und Stromressourcen sowie Engineering-Kompetenz für die industrielle Umsetzung und Kommerzialisierung der Technologien bei.
„Mit dieser Kooperation schaffen wir einen Rahmen, in dem Materialentwicklung, Systemintegration und praktische Anwendung von Beginn an zusammengedacht werden. Ob CO2-Elektrolyse, Wasserstoff, Brennstoffzellen oder Batterien – für die klimaneutrale Industrie brauchen wir leistungsfähige Materialien, robuste Komponenten und Partner, die Forschung konsequent in Richtung Anwendung entwickeln“, sagt Prof. Alexander Böker, Institutsleiter des Fraunhofer IAP.
Wie Kohlendioxid zum Rohstoff wird
Ein Schwerpunkt der Zusammenarbeit ist die elektrochemische Umwandlung von CO2. Dabei wird Kohlenstoffdioxid mithilfe elektrischer Energie in Ausgangsstoffe für chemische Produkte oder synthetische Kraftstoffe umgewandelt. Ein vielversprechendes Anwendungsfeld sind nachhaltige Flugkraftstoffe, sogenannte Sustainable Aviation Fuels (SAF).
Insbesondere für den südkoreanischen Markt gilt die CO2-Elektrolyse als aussichtsreicher Ansatz zur Herstellung von SAF und fügt sich somit in die nationale Defossilisierungsstrategie ein. SGC Energy verfolgt das Ziel, seine CO2-Abscheidungsanlagen mit den Technologien der Fraunhofer-Institute IAP und UMSICHT zu koppeln und so die Grundlage für eine industrielle Umsetzung und Kommerzialisierung dieser Technologie in Südkorea zu schaffen. Dadurch könnte CO2 künftig stärker in industriellen Kreisläufen genutzt und der Einsatz fossiler Rohstoffe schrittweise reduziert werden.
Neue Membranen für effiziente Elektrolyseure
Damit Verfahren wie dieses in der Praxis zuverlässig und wirtschaftlich einsetzbar werden, sind leistungsfähige Materialien und stabile Komponenten entscheidend. Eine Schlüsselrolle spielen Membranen, da sie Stoffe gezielt trennen, den Ionentransport ermöglichen und somit die Effizienz, Selektivität und Lebensdauer elektrochemischer Systeme beeinflussen. Während für die Wasserstoffelektrolyse bereits etablierte Lösungen verfügbar sind, besteht bei der CO2-Elektrolyse weiterhin Entwicklungsbedarf.
Drei Partner bringen Material, System und Anwendung zusammen
Das Fraunhofer IAP bringt seine Expertise in der Entwicklung polymerer Energiematerialien und deren Skalierung in den industrienahen Maßstab ein. Dazu zählen PFAS-freie Hochleistungsmembranen für Elektrolyseure sowie polymere Festelektrolyte und Binder für Batterien. Neben einer höheren Leistungsfähigkeit und Energieeffizienz elektrochemischer Systeme bieten insbesondere PFAS-freie Membranen Vorteile im Hinblick auf künftige regulatorische Anforderungen. Hintergrund ist die zunehmende Bedeutung der Diskussion um den Einsatz von PFAS. Ziel ist es, Material- und Membraneigenschaften so anzupassen, dass elektrochemische Systeme leistungsfähiger, langlebiger und effizienter werden.
Fraunhofer UMSICHT ergänzt die Partnerschaft mit seiner Expertise in der Entwicklung kosteneffizienter CO2-Elektrolysezellen und innovativer Stackkonzepte. Das Institut verfügt über langjährige Erfahrung in der Auslegung, Skalierung und Erprobung elektrochemischer Systeme unter industrienahen Bedingungen. Ein Fokus liegt auf der Integration der CO2-Elektrolyse in bestehende industrielle Anlagenstrukturen, um den Transfer von der Forschung in die Praxis zu beschleunigen. Damit schlägt Fraunhofer UMSICHT die Brücke zwischen der materialseitigen Entwicklung am Fraunhofer IAP und der industriellen Umsetzung durch SGC Energy.
Wie wichtig dieses Zusammenspiel ist, betont Professor Christian Doetsch, Leiter von Fraunhofer UMSICHT: „Die Transformation industrieller Energiesysteme gelingt nur, wenn neue Materialien, elektrochemische Verfahren und skalierbare Anlagenkonzepte ineinandergreifen. In dieser Kooperation verbinden wir unsere Prozess- und Systemkompetenz mit materialwissenschaftlicher Forschung und industriellen Anforderungen.“
Als Industriepartner bringt SGC Energy konkrete Marktanforderungen und Erfahrungen aus industriellen Wertschöpfungsketten in die Zusammenarbeit ein. Dadurch können neue Technologien frühzeitig auf ihre Praxistauglichkeit und ihr wirtschaftliches Potenzial hin überprüft werden. „Für uns ist diese Partnerschaft ein wichtiger strategischer Schritt, um Zukunftstechnologien für eine klimaneutrale Industrie aktiv mitzugestalten“, sagt Ken Yoon, Chief Strategy Officer bei SGC Energy. „Die Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IAP und Fraunhofer UMSICHT eröffnet uns Zugang zu exzellenter Forschung in den Bereichen CO2-Nutzung, Wasserstoff, Brennstoffzellen und Batterien.“
