Nucera steigt in Hochtemperatur-Elektrolyse ein

Bislang war die Wasserstofftochter von Thyssenkrupp tätig in den beiden Wasserstoffproduktionsverfahren Alkalische Wasserelektrolyse (AWE) und der Chlor-Alkali-Elektrolyse (CA). Mit der Hochtemperatur-Elektrolyse (SOEC, solid oxide electrolyzer cell, Festoxid-Elektrolyseurzelle) kommt nun ein drittes dazu. Thyssenkrupp Nucera hat hierzu eine strategische Partnerschaft mit dem Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS geschlossen.

Festoxid-Elektrolyseure spalten im Gegensatz zu den übrigen Elektrolyseverfahren kein flüssiges Wasser, sondern Wasserdampf in die Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff. Durch die hohe thermodynamische Energie ist für die Aufspaltung weniger elektrische Energie als für die Aufspaltung von flüssigem Wasser erforderlich. Die SOEC-Elektrolyserue gelten als 30 Prozent energieeffizienter als herkömmliche Elektrolyseure.

Das Forschungsinstitut mit Sitz in Dresden forscht eigenen Angaben nach bereits seit über 20 Jahren im Bereich der SOEC-Technologie. Zusammen mit Thyssenkrupp Nucera wollen die Forschenden nun daran arbeiten, die letzten Schritte zur industriellen Fertigung und Anwendung der SOEC-Elektrolyse zu gehen.

Alexander Michaelis, Institutsleiter des Fraunhofer IKTS, erklärt: „Neben der höheren Effizienz bei der Strom-zu-Wasserstoff-Wandlung bietet die Hochtemperaturelektrolyse außerdem den großen Vorteil, dass CO2 aktiv aus der Umgebung entnommen und zusammen mit grünem Wasserstoff zu grünem Synthesegas und Folgeprodukten wie E-Fuels gewandelt werden kann. Dies ist ein entscheidender Erfolgsfaktor für die Energiewende.“

Pilotanlage ab Anfang 2025 in Betrieb

Eine Pilotanlage von Fraunhofer soll Anfang 2025 in Betrieb gehen. Sie soll, wie es aus Dresden heißt, die Hochtemperatur-Elektrolyse-Stacks mit den SOE-Zellen – den Kernelementen der SOEC-Stacks – in zunächst kleiner Stückzahl produzieren. Die strategische Partnerschaft umfasst auch eine Lizenz zur Fertigung und Nutzung von sogenannten CFY-Stacks auf Basis der SOEC-Technologie des Fraunhofer IKTS durch Thyssenkrupp Nucera.

Zum Hintergrund: Die SOEC-Stack-Technologie basiert auf einem gasdichten sauerstoffionenleitenden keramischen Elektrolyten mit siebgedruckten Elektroden und gepressten Interkonnektoren aus einer Chrombasis-Legierung − kurz CFY. Die elektrolytgetragenen Zellen, die Auswahl der eingesetzten Materialien und das Design sollen laut Fraunhofer eine hohe Effizienz, Langzeitstabilität, Robustheit und kostengünstige Massenfertigung gewährleisten. Alexander Michaelis: „Durch die Hochskalierung der CFY-Stack-Produktion ermöglichen wir unseren Systempartnern den kommerziellen Zugang zu dieser Kernkomponente.“

Als künftige Einsatzfelder der Hochtemperatur-Elektrolyse sehen die Partner insbesondere Industrien, bei denen viel Abwärme entsteht − etwa in der Stahl- und Düngemittelherstellung. Durch die Nutzung der Abwärme werde der Stromverbrauch für die Elektrolyse deutlich gesenkt.