Hydrogen spiller en sentral rolle i energiomstillingen. Gassen produseres primært ved hjelp av elektrolysører. Denne prosessen krever kritiske råvarer, som platinagruppemetaller, sjeldne jordartsmetaller og nikkel , som fungerer som katalysatorer. Forskere ved Helmholtz-instituttet i Freiberg for Resource Technology har nå vært i stand til å gjenvinne disse funksjonelle materialene ved hjelp av innovative flotasjonsprosesser og væske-væske-partikkelekstraksjon, og dermed reintegrere dem i materialsyklusen. Denne forskningen er en del av BMBFs flaggskipprosjekt H2Giga, som undersøker levetiden og resirkulerbarheten til hydrogenelektrolysører.
Hydrogen regnes som en ren energibærer som kan bidra til å redusere CO2-utslipp. Fokuset her er spesielt på grønn hydrogen, som produseres ved elektrolyse av vann ved bruk av fornybar energi som vind- og solenergi. Hydrogen brukes i industrien, for eksempel som råmateriale for produksjon av kjemikalier og stål, og i transportsektoren, hvor det brukes som drivstoff for brenselcellekjøretøy. Videre kan hydrogen også brukes til å lagre overskuddsenergi fra fornybare kilder, noe som gjør det til en viktig byggestein for en bærekraftig og klimavennlig energifremtid. I følge den nasjonale hydrogenstrategien forventes Tyskland å trenge 2030 til 95 terawattimer hydrogen innen 135.
Ulike prosesser er mulige for produksjon av hydrogen – en av dem er vannelektrolyse: I denne prosessen splittes vann til hydrogen og oksygen ved hjelp av elektrisk strøm. Katalysatorene i elektrolysøren er laget av kritiske metaller, kjent som funksjonelle materialer. Protonbyttemembranelektrolysører (PEM-er) bruker primært platinagruppemetaller som platina, iridium og palladium. Høytemperaturelektrolysører bruker sjeldne jordarter og nikkel. Disse kritiske råmaterialene må sikres. Dette er et prosjekt som forskere ved HIF, ledet av TU Bergakademie Freiberg, tar for seg i ReNaRe-prosjektet.
ReNaRe står for Resirkulering – Bærekraftig ressursbruk og er en del av flaggskipprosjektet H2Giga. For å implementere den nasjonale hydrogenstrategien har det føderale utdannings- og forskningsdepartementet (BMBF) etablert tre flaggskipprosjekter for Tysklands inntreden i hydrogenøkonomien. Ett av disse er H2Giga, som fokuserer på serieproduksjon av hydrogenelektrolysører. ReNaRe fokuserer på utrangering av elektrolysører for å returnere brukte materialer, spesielt kritiske metaller, til resirkuleringssyklusen.
«Vi er involvert i resirkulering av PEM og høytemperaturelektrolysører fordi de er enkle å demontere. For å gjenvinne de funksjonelle materialene bruker vi teknikker for separasjon av ultrafine partikler. Dette er fordi de kritiske anode- og katodematerialene er tilstede som fine partikler. Størrelsen deres tilsvarer omtrent en hundredel av et menneskehår. Væske-væske-partikkelekstraksjon og agglomerasjonsflotasjon har vist seg å være egnet for å separere de funksjonelle materialene. Ekstraksjonen av ultrafine partikler bruker et bærekraftig løsemiddel-vann-sirkulasjonssystem for effektivt å separere hydrofobe, dvs. vannavstøtende, katodekatalysatorer fra hydrofile (vanntiltrekkende) anodekatalysatorer. Den komplementære agglomerasjonsflotasjonen bruker et innovativt, bærekraftig hydrofobt bindemiddel for å muliggjøre agglomerering av partiklene til en jevn masse. Bindemidlet er basert på en spesiell emulsjonsteknologi, dvs. en olje-vann-blanding med et veldig høyt vanninnhold, som selektivt agglomererer ultrafine partikler. Dette muliggjør separasjon av hydrofile fine partikler ved å feste seg til gassbobler og slippe dem ut i skummet», forklarer Sohyun Ahn, doktorgradsstudent ved HIF, som beskriver prosedyren. «Med begge prosessene klarte vi å gjenvinne opptil 90 prosent av de kritiske funksjonelle materialene og returnere dem til resirkuleringssyklusen. Et viktig skritt mot å drive hydrogenelektrolyse på en økonomisk og bærekraftig måte.»
I prosjektet utvikler forskerne nå en passende prosessordning som muliggjør resirkulering i teknisk skala og er tilpasningsdyktig til nåværende og fremtidig teknologisk utvikling. Videre gjennomføres teknologivurderinger i form av livssyklusanalyser og teknoøkonomiske analyser for å kvantitativt fange opp fordelene med resirkulering for bærekraft og kostnadseffektivitet.
Opprinnelig publikasjon no
S. Ahn, SA Patil, M. Rudolph: Resirkulering av ultrafine partikler - Effektivitet av den hydrofobe doble emulsjonsteknikken for selektiv agglomerering og skumflotasjon av ultrafine katodekatalysatorpartikler fra PEM-vannelektrolysører, i ACS Engineering, 2025 (DOI: 10.1021/acsengineeringau.4c00042)
S. Ahn, SA Patil, M. Rudolph: Innflytelse av overflateaktive stoffer på selektiv mekanisk separasjon av fine høytemperatur-elektrolyseraktive materialer som bidrar til sirkulærøkonomi, i Industrial Chemistry & Materials, 2024 (DOI: 10.1039/D4IM00044G)
S. Ahn, M. Rudolph: Utvikling av mekaniske separasjonsprosesser for finpartikler med representative katalysatormaterialer for resirkulering av PEM-vannelektrolysører som utnytter deres fukteegenskaper, i ChemCatChem, 2024 (DOI: 10.1002/cctc.202300931)
Les også
Sjeldne jordarter: første konkrete skritt mot en sirkulær økonomi | Pugnalom
Forskere lykkes med å produsere «grønn» nikkel | Pugnalom
