2. August 2023 | Forscher:innen der TU Bergakademie Freiberg arbeiten an einem verbesserten Recycling während der Elektrolyse verwendeter Edelmetalle. Vor Kurzem patentierten die Forscher:innen ein Verfahren zur Rückgewinnung von Ruthenium.
„Da die teuren Edelmetalle in Elektrolysezellen noch nicht vollständig durch andere ähnlich effiziente Materialien ersetzt werden können, besteht die Herausforderung, sie verlustfrei zurückzugewinnen. Und dies idealerweise mit umweltschonender Aufbereitung“, erklärt Projektleiter Prof. Alexandros Charitos.
Der Fokus des Teams liegt auf sogenannten hydrometallurgischen Recycling-Methoden. Sie zeichnen sich durch die Überführung des Katalysator-Materials in eine wässrige Lösung aus. Im Anschluss lässt es sich als Salz oder Metall in fester Form zurückgewinnen.
Recycling ist energiesparend und umweltfreundlich
„Die Rückgewinnung der verschiedenen Katalysatorschichten aus Edelmetallen, das Herzstück des Protonen-Austausch-Membran-Elektrolyseurs (PEM-Elektrolyseur), benötigt bislang einen energieaufwändigen und potenziell umweltschädlichen Verfahrensschritt. Im Projekt „Recycalyse“ verfolgen wir einen Recyclingprozess, bei dem die Katalysatorschichten von der Fluor-haltigen Membran getrennt werden“, erklärt Dr. Lesia Sandig-Predzymirska.
Anschließend sei es möglich, die Edelmetalle der vorkonzentrierten Katalysatorschichten mit milden und umweltschonenden Laugungsmitteln zu recyceln.
„So werden Ausgangsstoffe hergestellt, die direkt für die Produktion neuer Elektrokatalysatoren verwendet werden können, um den Materialkreislauf zu schließen“, sagt die wissenschaftliche Mitarbeiterin im Forschungsprojekt.
Neues Patent für Ruthenium-Recycling
Ein neu entwickelter Katalysator aus Iridium und Ruthenium erwies sich als der effizienteste für die Sauerstoffentwicklungsreaktion auf der Anodenseite der Zelle. Als Trägermaterial für die Edelmetalle fungiert ein Antimon-dotiertes Zinnoxid statt Kohlenstoff.
„Wir haben ein hydrometallurgisches Verfahren zur Rückgewinnung von Ruthenium entwickelt und patentiert, bei dem kostengünstige Chemikalien eingesetzt werden, um die für die Industrie wertvollen Rutheniumkomplexe effizient zu gewinnen“, sagt Dr. Lesia Sandig- Predzymirska.
Zusammen mit einem neu entwickelten Trennverfahren der einzelnen Metallionen erreichte das Team eine Metall-Rückgewinnung von über 90 % der enthaltenen Edelmetalle.
Elektrolyse im Fokus der Forschung
Da Speicherung von Wasserstoff aus der Wasser-Elektrolyse ein wichtiger Baustein für die Energiewende ist, stehen die Elektroden-Materialien aktuell im Fokus der Forschung. Neben der Effizienz und Verfügbarkeit der Materialien konzentriert sich das Projekt „Recycalyse“ besonders auf deren Recyclingfähigkeit im Sinne der Kreislaufwirtschaft.
Es wird vom Dänischen Technologischen Institut geleitet und von neun weiteren Partnern (TU Bergakademie Freiberg, Fraunhofer ICT, Sustainable Innovations, TWI, Blue World Technologies, Universität Bern, Prüfrex, HyCentA Research GmbH und Accurec) getragen.
Die Europäische Union unterstützt das Projekt „Recycalyse“ noch bis Ende September 2023 mit insgesamt 5,5 Mio. €. Die Gelder stammen aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm „Horizont 2020“.
In diesem Video stellt Lesia Sandig-Predzymirska das Forschungsprojekt vor:
