Iridium-Panik durch neue grüne Wasserstoffsysteme gelindert

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Das seltene Edelmetall Iridium ist ein wichtiger Bestandteil der Elektrolysesysteme zur Herstellung von grünem Wasserstoff. „Selten“ ist das Schlüsselwort. Der Markt für grünen Wasserstoff wächst und Analysten gehen davon aus, dass die Nachfrage nach Elektrolyseuren bald das Angebot an Systemen mit Iridiumsaft übersteigen wird. Das mag Rohstoffspekulanten zumindest vorerst entgegenkommen. Langfristig zeichnen sich bereits Workarounds ab, und das US-Energieministerium befasst sich mit dem Fall.

Grüne Wasserstoffherzen Iridium…

Grüner Wasserstoff bezieht sich auf Wasserstoff, der durch Elektrolysesysteme erzeugt wird, die erneuerbare Energie und Katalysatoren einsetzen, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff (viel mehr) zu „spalten“. CleanTechnica Die Berichterstattung finden Sie hier).

Als neue Industrie macht grüner Wasserstoff derzeit nur etwa 1 % des weltweiten Wasserstoffangebots aus. Die anderen 99 % stammen immer noch aus Erdgas und in geringerem Maße aus Kohle, was einen erheblichen Nachholbedarf bedeutet.

Es wird nur langsam voranschreiten, bis grüner Wasserstoff die Kosten für Wasserstoff aus fossilen Quellen decken oder sogar übertreffen kann. Da die aktuellen Kosten für grünen Wasserstoff auf rund 5,00 US-Dollar pro Kilogramm geschätzt werden, gehört das US-Energieministerium zu denjenigen, die einen Preis von 1,00 US-Dollar bis 2030 ins Auge fassen.

Zum Vergleich: Die Internationale Energieagentur hat eine Spanne von lediglich 50 Cent bis 1,70 US-Dollar genannt Wasserstoff aus fossilen Quellen, je nach Region. Trotz der zusätzlichen Kosten für die Kohlenstoffabscheidung ist Wasserstoff aus fossilen Quellen nach Berechnungen der IEA immer noch ein Schnäppchen im Bereich von 1,00 bis 2,00 US-Dollar.

Iridium hat sich zu einem großen, fetten Stolperstein auf dem Weg zu kostengünstigem grünem Wasserstoff entwickelt. Iridiumoxidkatalysatoren kümmern sich um die sauerstofferzeugende Seite der Elektrolyse in einem Polymerelektrolytmembran-Elektrolysesystem (PEM). Trotz der hohen Kosten und des begrenzten Angebots bevorzugen PEM-Akteure Iridium aufgrund seiner Energieeffizienz, Stabilität und Haltbarkeit.

PEM-Systeme gelten auch als eine von nur zwei grünen Wasserstofftechnologien, die auf dem Weg zur Massenkommerzialisierung andere überholt haben. Schreiben für die Wasserstoff-Einblick letztes Jahr, Jacques Moss vom Forschungsunternehmen Guidehouse-Einblicke stellte fest, dass allein PEM-Systeme fast die Hälfte der im Jahr 2022 geplanten Produktionskapazität für Elektrolyseure ausmachten.

…Aber es ist Zeit, weiterzumachen

Angesichts der Dominanz von PEM-Systemen auf dem Markt für grünen Wasserstoff haben Kostensenkungen Priorität, und alle Augen sind auf Iridium gerichtet. Wie Moss feststellte, konzentrieren sich „die Bedenken hinsichtlich der Materialbeschaffung in der Wasserstoffindustrie am stärksten auf Iridium“.

Im Ernst. „Das Metall kommt in der Erdkruste in extrem geringen Konzentrationen vor – bei etwa 0,000003 Teilen pro Million. „Es wird nur als Nebenprodukt bei der Platin- und Palladiumproduktion in einstelligen Mengen pro Jahr gewonnen“, erklärte Moss.

Um die Iridium-Lieferkette noch weiter zu verkomplizieren, verdrängt derzeit ein einziges Land die Konkurrenz. Das wäre Südafrika, auf das im letzten Jahr fast 90 % des auf dem Markt befindlichen Neu-Iridiums entfielen.

Neue Materialien für grünen Wasserstoff

Eine offensichtliche Problemumgehung besteht darin, alternative, reichlich vorhandene Katalysatoren zu finden, die Iridium in Bezug auf Leistung und Kosten ebenbürtig oder sogar übertreffen. Dieser Weg befindet sich noch in der Forschungs- und Entwicklungsphase, aber es scheint, dass die Dynamik zunimmt.

Das Unternehmen für saubere Chemikalien, Mattiq, schrieb beispielsweise eine E-Mail CleanTechnica letzten Monat mit einem Heads-up zu seiner neuen Studie von alternative PEM-Katalysatorenausgesondert durch sein KI-gestütztes Schnellfeuer-Bewertungssystem.

„In den vergangenen Monaten haben wir Millionen Kombinationen verschiedener Elemente synthetisiert und auf Haltbarkeit, Wirksamkeit und Praktikabilität für industrielle Anwendungen hin untersucht“, erklärte Dr. Andrey Ivankin, CTO und Mitbegründer von Mattiq. „Arbeiten, die früher Jahre dauerten, können jetzt in einem Bruchteil dieser Zeit und mit größerer Genauigkeit als je zuvor erledigt werden.“

„Jede Alternative hat das Potenzial, die Leistung dieses Materials zu erreichen oder zu übertreffen, jedoch zu wesentlich geringeren Kosten und größerer Verfügbarkeit“, fügte das Unternehmen hinzu.

Andere Forscher haben sich auf Ruthenium konzentriert. Letztes Jahr berichtete beispielsweise ein Team der Rice University über gute Ergebnisse für ihre Nickel-Dotierung Rutheniumoxid-Katalysator.

„Iridium kostet ungefähr achtmal mehr als Ruthenium und könnte 20 bis 40 % der Kosten bei der Herstellung kommerzieller Geräte ausmachen, insbesondere bei künftigen groß angelegten Einsätzen“, bemerkte Teamleiter Haotian Wang von der George R. Brown School of der Schule Maschinenbau.

Auch das Unternehmen H2U Technologies setzt große Hoffnungen in sein iridiumfreies PEM-System. Das Unternehmen geht davon aus, dass iridiumfreie Systeme nicht nur die Vorlaufkosten für Materialien senken, sondern auch neue Möglichkeiten zur Kostensenkung eröffnen werden.

„Die Nutzung dieser erschwinglichen Alternativen erweitert die Möglichkeiten für das Design von Elektrolyseurstapeln und ermöglicht es H2U, Wege zu erkunden, die nicht durch ultradünne Katalysatorschichten und einen geringen Katalysatorverbrauch eingeschränkt sind. Diese Flexibilität reduziert die Investitionskosten erheblich günstiger gelieferter Wasserstoff“, erklärt H2U.

Viele Wege zur grünen Wasserstoffwirtschaft der Zukunft

Auch das US-Energieministerium beteiligt sich mit einem neuen 750-Millionen-Dollar-Fördertopf für grünen Wasserstoff, der darauf abzielt, die Kosten für die Herstellung von Elektrolyseuren zu senken. Die neue Finanzierungsrunde, die im Rahmen des überparteilichen Infrastrukturgesetzes erfolgt, konzentriert sich auch auf das Recycling, um zu helfen Stärkung der Elektrolyseur-Lieferkette und Kosten senken. Die Bekanntgabe der Auszeichnungen wird noch in diesem Jahr erwartet.

Obwohl PEM-Elektrolyseure ein wichtiger Teil des grünen Wasserstoffpuzzles sind, sind sie nicht die einzige Möglichkeit, nicht-fossilen Wasserstoff zu erzeugen.

Es sind alternative Lieferketten entstanden, die aus wasserstoffreichen Ressourcen wie Deponiegas, kommunalem Abwasser, Industrieabgasen und Kunststoffabfällen schöpfen.

In einer besonders interessanten Entwicklung schlug ein Forschungsteam der Rice University letzten Monat ein System für vor Gewinnung von Wasserstoff aus Kunststoffabfällen das könnte sich amortisieren.

„In dieser Arbeit haben wir Kunststoffabfälle – einschließlich gemischter Kunststoffabfälle, die nicht nach Typ sortiert oder gewaschen werden müssen – in Wasserstoffgas mit hoher Ausbeute und hochwertiges Graphen umgewandelt“, erklärte Hauptautor Kevin Wyss. „Wenn das produzierte Graphen zu nur 5 % des aktuellen Marktwertes verkauft wird – ein Rabatt von 95 %! — sauberer Wasserstoff könnte kostenlos produziert werden.

Mehr und bessere Elektrolyseure

Auch alternative Elektrolysesysteme kommen ins Spiel. Insbesondere Anionenaustauschmembransysteme (AEM) haben ihr Leistungsniveau verbessert, obwohl noch einiges an Arbeit vor ihnen liegt.

“Obwohl AEM-Elektrolyseure „Auch wenn die Technologie im Vergleich zu alkalischen Elektrolyseuren und PEM-Elektrolyseuren potenziell „das Beste aus beiden Welten“ bieten kann, ist noch eine erhebliche technologische Entwicklung erforderlich, damit die Technologie wettbewerbsfähig wird“, stellte die Ammonia Energy Association im August fest. „Zum Beispiel ist die Lebensdauer der Membranen ein zentrales Anliegen, da die aktuellen Membranen sehr empfindlich auf Sauerstoff reagieren.“

Trotz der Nachteile ermöglicht die AEM-Technologie aufgrund der Verwendung kostengünstiger Nickelkatalysatoren erhebliche Kosteneinsparungen. Das deutsche Elektrolyseurunternehmen Sunfire beispielsweise hat industrielle Anwendungsfälle als ideales Umfeld für die AEM-Technologie identifiziert.

Im vergangenen Frühjahr gab Sunfire bekannt, dass es sich mit der deutschen Forschungseinrichtung Fraunhofer IFAM und dem kanadischen Unternehmen Ionomr Innovations zusammengetan hat, um den industriellen Weg für AEM-Systeme voranzutreiben. Der National Research Council of Canada, die Simon Fraser University und die University of Alberta sind ebenfalls Partner im Rahmen des Projekts „Integrate“.

Auch das Bundesministerium für Bildung und Forschung hat sich im vergangenen Jahr zur Förderung des Projekts verpflichtet.

Interessenvertreter von Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen hoffen immer noch auf einen Anteil an der glitzernden Wirtschaft des grünen Wasserstoffs der Zukunft, aber die Aussichten dafür werden mit jeder neuen Wendung in der Geschichte des grünen Wasserstoffs schlechter.

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Bild: Das Chemieunternehmen Mattiq gehört zu den Interessenvertretern von Elektrolyseuren, die daran arbeiten, einen potenziellen Engpass in der Iridium-Lieferkette für grünen Wasserstoff zu verhindern (mit freundlicher Genehmigung von Mattiq per E-Mail).