Forschenden des Helmholtz-Instituts Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) ist es nach eigenen Angaben gelungen, ein Verfahren zum Katalysator-Recycling für Elektrolyseure zu entwickeln. Wie das Institut am Donnerstag (8. Mai) mitteilte, ermöglichen die im Forschungsprojekt „ReNaRe” eingesetzten Trenntechniken die Rückgewinnung von bis zu 90 Prozent der wertvollen Katalysatormaterialien wie Platin, Iridium, Palladium sowie Seltenen Erden und Nickel.
Ihre Ergebnisse haben die Forschenden in mehreren Fachzeitschriften veröffentlicht, darunter ACS Engineering, Industrial Chemistry & Materials und ChemCatChem.
Trenntechniken für Katalysator-Recycling
Die Herausforderung bei der Rückgewinnung liege in der geringen Größe der Katalysatorpartikel, die etwa einem Hundertstel eines menschlichen Haares entsprechen. Das Forscherteam setzte daher auf zwei komplementäre Verfahren: die Flüssig-Flüssig-Partikelextraktion und die Agglomerations-Flotation.
„Wir beschäftigen uns mit dem Recycling von PEM- und Hochtemperatur-Elektrolyseuren, da diese leicht demontierbar sind”, erklärt Sohyun Ahn, Doktorandin am HIF. „Für die Rückgewinnung der Funktionsmaterialien setzen wir Feinstpartikel-Trenntechniken ein.”
Foto: Querschnittsbild einer katalysatorbeschichteten Membran (Iridiumoxid oben, Platin auf Kohlenstoff unten) in einem Protonen-Austausch-Membran-Wasserelektrolyseur (© Copyright: Sohyun Ahn)
Bei der Flüssig-Flüssig-Partikelextraktion kommt ein nachhaltiges Lösungsmittel-Wasser-Kreislaufsystem zum Einsatz, das die Trennung hydrophober Kathoden- und hydrophiler Anodenkatalysatoren ermöglicht. Die Agglomerations-Flotation nutzt hingegen einen hydrophoben Binder auf Basis einer speziellen Emulsionstechnologie, der selektiv hydrophobe Ultrafeinpartikel agglomeriert und anschließend durch Anhaftung an Gasblasen die Trennung ermöglicht.
„Mit beiden Verfahren konnten wir bis zu 90 Prozent der kritischen Funktionsmaterialien zurückgewinnen und wieder in den Wertstoffkreislauf bringen. Ein wesentlicher Schritt, um die Wasserstoffelektrolyse wirtschaftlich und nachhaltig zu betreiben”, fasst Ahn die Ergebnisse zusammen.
Kontinuität der Recyclingforschung in Freiberg
Bereits 2023 hatte ein Forscherteam der TU Bergakademie Freiberg im Rahmen des EU-geförderten Projekts „Recycalyse” ein hydrometallurgisches Verfahren zur Rückgewinnung von Ruthenium und anderen Edelmetallen patentiert. Die enge Kooperation zwischen dem 2011 gegründeten Helmholtz-Institut und der TU Bergakademie Freiberg ermöglicht dabei einen kontinuierlichen Wissenstransfer.
„ReNaRe” (Recycling – Nachhaltige Ressourcennutzung) ist Teil des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Leitprojekts H2Giga, das die serienmäßige Herstellung von Wasserstoff-Elektrolyseuren zum Ziel hat. ReNaRe setzt dabei am Lebensende der Elektrolyseure an, um die verwendeten Katalysatormaterialien wieder in den Wertstoffkreislauf zu bringen.
Aktuell arbeiten die Forscher nach eigenen Angaben an der Entwicklung eines Prozessschemas für die Skalierung des Recyclingverfahrens auf technischen Maßstab. Parallel werden Lebenszyklusanalysen und technoökonomische Bewertungen durchgeführt, um die Nachhaltigkeits- und Wirtschaftlichkeitsaspekte des entwickelten Verfahrens quantitativ zu erfassen.
Schematische Darstellung der Trennmethoden (Bild: Ahn, Sohyun)
