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Doppelt nachhaltig Forschungserfolg bei Rückgewinnung kritischer Rohstoffe

Quelle: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf 2 min Lesedauer

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Elektrolyseure erzeugen Wasserstoff. Doch sie enthalten auch wichtige Materialien, bei denen es sich lohnt, sie zurückzugewinnen. Das klappt jetzt sogar sehr gut ...

Für die Energiewende auch an grünen Wasserstoff zu denken, ist beschlossen. Für seine Gewinnung braucht es Katalysatoren. Und für diese wiederum kritische Rohstoffe. Was liegt also näher, als die Materialien nach dem Leben des Katalysators zurückzugewinnen? Und so geht`s ...(Bild: © SmirkDingo - stock.adobe.com)
Für die Energiewende auch an grünen Wasserstoff zu denken, ist beschlossen. Für seine Gewinnung braucht es Katalysatoren. Und für diese wiederum kritische Rohstoffe. Was liegt also näher, als die Materialien nach dem Leben des Katalysators zurückzugewinnen? Und so geht`s ...
(Bild: © SmirkDingo - stock.adobe.com)

Für die Energiewende spielt Wasserstoff eine zentrale Rolle. Er wird von Elektrolyseuren per Strom aus Wasser gewonnen, das in seine chemischen Bestandteile zerlegt wird. Nimmt man dafür Strom aus erneuerbaren Energiequellen kommt sogenannter grüner Wasserstoff dabei heraus, was als besonders nachhaltig gilt. Das geht aber nicht, ohne kritische Rohstoffe, wie Platin, seltene Erden oder Nickel, die als Katalysatoren dienen, wie Forscher des Helmholtz-Instituts Freiberg (HIF) für Ressourcentechnologie erklären. Doch die Experten, wird betont, konnten diese Funktionsmaterialien nun mithilfe des sogenannten Flotationsverfahrens und der Flüssig-Flüssig-Partikelextraktion zurückgewinnen – Nummer zwei also, im Nachhaltigkeitsdoppel.

Zwei Typen von Elektrolyseuren im Fokus

Für die Herstellung von Wasserstoff kommen verschieden Verfahren in Frage. Eine Möglichkeit ist die Wasserelektrolyse, die oben schon kurz beschrieben wurde. Die dafür benötigten Katalysatoren im Elektrolyseur bestehen aus kritischen Metallen – den sogenannten Funktionsmaterialien. Beim Protonen-Austausch-Membran-Elektrolyseur (PEM) kommen vor allem Metalle der Platingruppe, wie Platin, Iridium und Palladium zum Einsatz. Die zweite Möglichkeit nutzt Hochtemperaturelektrolyseure, für die es seltene Erden und Nickel braucht. Diese kritischen Rohstoffe gilt es aber zu sichern, denn die Quellen derselben heißen vor allem China. Ein Vorhaben, dem sich Forscher des HIF unter Leitung der TU Bergakademie Freiberg im Projekt „ReNaRe“ (Recycling – Nachhaltige Ressourcennutzung) widmen. Weil diese Elektrolyseurarten leicht zu demontieren seien, beschäftigten sich die Forscher gleich mit beiden. Es gibt zwei Verfahren, um wieder and die jeweiligen Katalysatormaterialen zu kommen ...

So gewinnt man wertvolle Rohstoffe zurück

Für die Rückgewinnung der Funktionsmaterialien setzen die Experten Feinstpartikel-Trenntechniken ein. Denn die, wie angemerkt wird, kritischen Anoden- und Katodenmaterialien liegen als feine Partikel vor. Ihre Größe entspricht ungefähr dem Hundertstel eines menschlichen Haares. Zur Separierung der Funktionsmaterialien haben sich die Flüssig-Flüssig-Partikelextraktion sowie die Agglomerationsflotation bewehrt, wie es weiter heißt. Für die Extraktion dieser ultrafeinen Partikel wird ein nachhaltiges Lösungsmittel-Wasser-Kreislaufsystem zur effektiven Trennung hydrophober (wasserabweisender) Kathoden- und hydrophiler (wasseranziehender) Anodenkatalysatoren, genutzt. Bei der komplementären Agglomerationsflotation spielt ein nachhaltiger hydrophober Binder die Hauptrolle, um die Agglomeration (Zusammenballung) der Partikel zu einer einheitlichen Masse zu ermöglichen. Der Binder ist eine Emulsion, also ein Öl-Wasser-Gemisch, mit einem sehr hohen Wasseranteil, um selektiv hydrophobe Partikel zu agglomerieren. Mit beiden Verfahren konnten die Forscher bis zu 90 Prozent der kritischen Funktionsmaterialien zurückgewinnen und wieder in den Wertstoffkreislauf bringen.

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