Enapters strategische Ausrichtung auf Anionenaustauschmembran (AEM)-Technologie

Die Rolle der AEM-Technologie in Enapters Vision des grünen Wasserstoffs

Enapter setzt bei seinem Ansatz zur effizienten Erzeugung von grünem Wasserstoff durch Wasserelektrolyse stark auf die Anionenaustauschmembran-Technologie (AEM). Das Besondere an AEM ist, dass sie die Kosteneffizienz herkömmlicher alkalischer Systeme mit einer Leistung kombiniert, die der von PEM-Systemen ähnelt, was den Betrieb unter wechselnden Bedingungen betrifft. Diese Kombination ermöglicht eine bessere Skalierung mit erneuerbaren Energiequellen, was besonders wichtig ist, da laut IEA-Daten aus dem vergangenen Jahr Wasserstoff bis 2050 etwa 18 % des weltweiten Energiebedarfs decken könnte. Produkte wie das AEM Flex 120 beschleunigen die Umsetzung deutlich, da sie modular aufgebaut sind und einfach zusammensteckbar sind, wodurch der Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur im industriellen Maßstab wesentlich einfacher und kostengünstiger wird.

Enapters Position im globalen AEM-Elektrolyse-Markt

Marktprognosen zufolge wird der weltweite AEM-Elektrolyse-Sektor bis 2033 etwa 1,2 Milliarden US-Dollar erreichen und sich jährlich um rund 9 Prozent ausweiten, so aktuelle Branchenberichte aus dem Jahr 2023. Enapter verfügt derzeit über einen Anteil von etwa 12 bis 15 Prozent an diesem Nischenmarkt, was auf ihre proprietäre Membran-Elektroden-Technologie in Kombination mit optimierten Produktionsverfahren zurückzuführen ist. Der größte Teil der Nachfrage stammt aus der Region Asien-Pazifik, die für etwa 40 Prozent des Gesamtumsatzes verantwortlich ist, hauptsächlich aufgrund massiver Investitionen in die Wasserstoffinfrastruktur in China. In Europa hingegen konzentrieren sich Unternehmen stärker auf kleinere Projekte wie Wasserstofftankstellen für Fahrzeuge. Durch die Zusammenarbeit mit Betreibern von Solar- und Windkraftanlagen spielt Enapter eine Schlüsselrolle dabei, Länder bei der Erreichung ehrgeiziger Umweltziele zu unterstützen, insbesondere dem von internationalen Gremien festgelegten Ziel, bis zum Ende dieses Jahrzehnts jährlich 110 Millionen Tonnen sauberen Wasserstoff zu erzeugen.

Integration von AEM mit katalytischen Materialien ohne Platinmetalle für die kosteneffiziente Wasserstoffproduktion

Der Ersatz der kostspieligen Platingruppenmetalle durch Nickel-Eisen-Katalysatoren hat es Enapter ermöglicht, die Materialkosten um schätzungsweise 60 bis 70 Prozent zu senken, während gleichzeitig die Systemeffizienz bei etwa 75 % bis 78 % gehalten wird. Bei Betrachtung ihrer neuesten Membrantechnologie erreichen diese Systeme eine Stromdichte von etwa 2 Ampere pro Quadratzentimeter bei lediglich 1,8 Volt, wobei Materialien verwendet werden, die in der Natur tatsächlich recht verbreitet sind. Das entspricht einer soliden Steigerung um 35 % im Vergleich zu den ersten Generationen-Modellen. Was bedeutet das für reale Anwendungen? Unter idealen Bedingungen sinken die Kosten für die Wasserstoffproduktion damit auf unter drei Dollar pro Kilogramm, was Möglichkeiten für Industrien eröffnet, ihre CO₂-Emissionen zu senken, ohne auf staatliche Subventionen angewiesen zu sein. Zudem funktioniert die gesamte Anlage hervorragend mit erneuerbaren Energiequellen wie Solarpanelen und Windturbinen. Selbst wenn nicht genügend Leistung aus diesen Quellen bereitgestellt wird, arbeitet das System weiterhin störungsfrei.

Leistung und Effizienz der PGM-freien AEM-Elektrolyseure von Enapter

Effizienzsteigerungen durch den Einsatz von Nicht-Edelmetall-Katalysatoren in AEM-Systemen

Die PGM-freien AEM-Elektrolyseure von Enapter arbeiten laut einer 2023 im International Journal of Hydrogen Energy veröffentlichten Studie etwa 8 bis 12 Prozent effizienter als herkömmliche alkalische Systeme. Dieser Leistungsschub resultiert aus ihren speziellen Nickel-Eisen-Katalysatoren, die die Spannungseffizienz selbst bei einem Strom von 1 A pro Quadratzentimeter über 74 % halten. Was macht diese Katalysatoren so gut? Sie senken die Kosten um rund 90 % im Vergleich zu den teuren PEM-Systemen, die große Mengen Iridium und Platin benötigen. Auch bei Kobalt-Mangan-Oxiden passieren interessante Dinge: Diese senken die Überspannung um 180 Millivolt im Vergleich zu herkömmlichen alkalischen Elektroden. Und hier ist etwas besonders Praktisches: Das Design von Enapter verschleißt bei Stop-and-Start-Betrieb nur ein Viertel so schnell wie PEM-Stacks. Das bedeutet, dass diese Elektrolyseure die Schwankungen erneuerbarer Energiequellen wie Solaranlagen und Windturbinen viel besser verkraften, ohne so schnell auszufallen.

Ionenaustauschkapazität und mechanische Festigkeit bei dünnen AEM-Folien

Die dünnen AEM-Folien von Enapter sind zwischen 40 und 60 Mikrometer dick und verbinden eine beeindruckende Ionenaustauschkapazität unterhalb von 3,2 mmol pro Gramm mit einer bemerkenswerten Zugfestigkeit über 30 MPa. Diese Kombination führt zu Zellen, die sowohl kompakt als auch robust genug für den Einsatz in der Praxis sind. Bei einem Dauertest über 8.000 Stunden bei 80 Grad Celsius in alkalischer Umgebung behielten diese Membranen immer noch etwa 93 % ihrer ursprünglichen Leitfähigkeit bei. Das entspricht einer deutlichen Steigerung um 25 % im Vergleich zu früheren Versionen der AEM-Technologie, wie letztes Jahr in der Fachzeitschrift Materials Today Energy veröffentlicht wurde. Durch ihre spezielle Vernetzungstechnik bleibt die Quellung auch bei Kontakt mit konzentrierten Kalilauge-Lösungen unter 15 %. Dadurch bewahren sie ihre Form und Integrität auch bei Druckdifferenzen von bis zu 50 bar. All diese Eigenschaften ermöglichen Stack-Leistungsdichten von mehr als 4,5 Watt pro Quadratzentimeter, was etwa 40 % über den Werten der ersten Prototypenmodelle liegt.

Design und industrielle Hochskalierung von Zero-Gap-AEM-Elektrolyseursystemen

Entwicklung kompakter, hocheffizienter Elektrolyseurarchitekturen

Enapter hat einen Zero-Gap-AEM-Elektrolyseur entwickelt, der dank extrem dünner Membranen mit einer Dicke unter 100 Mikrometern sowie clever optimierter Katalysatorschichten eine Stack-Effizienz von rund 85 % erreicht. Durch diese Konfiguration werden die ionischen Widerstände um etwa 40 % im Vergleich zu herkömmlichen alkalischen Systemen reduziert, wie Forschungsergebnisse des Fraunhofer-Instituts aus dem Jahr 2024 zeigen. Besonders herausragend an dieser Technologie ist zudem das spezielle Strömungsfelddesign, das es ermöglicht, beeindruckende Stromdichten bei 2 Volt aufrechtzuerhalten, ohne dass zu viel Gas zwischen den Kammern durchtritt. Das gesamte System weist dabei Gasdurchgangsraten von unter 2 % auf und benötigt ungefähr 30 % weniger Platz als vergleichbare PEM-Systeme, die derzeit auf dem Markt erhältlich sind.

Modulares Design und Skalierbarkeit für die kommerzielle Anwendung

Die standardisierten 1-MW-AEM-Module ermöglichen die Skalierung auf mehrere MW-Anlagen, da sie diese Pressfit-Bipolarplatten zusammen mit automatisierter Montage für die Gasdiffusionsschichten verwenden. Anhand von Felddaten aus tatsächlichen Pilotanwendungen sehen wir eine Verfügbarkeit von etwa 92 Prozent über 12.000 Betriebsstunden. Interessant ist auch, wie schnell diese Systeme reagieren – maximal etwa fünfzehn Minuten bei Änderungen im erneuerbaren Energieangebot. Bei größeren Projekten, also ab 10 MW, sind die Kosten deutlich gesunken. Die Investitionskosten liegen jetzt bei rund 500 US-Dollar pro kW, was gemäß den Berichten des Hydrogen Councils des vergangenen Jahres im Vergleich zu 2022 einen beträchtlichen Rückgang darstellt.

Fallstudie: Integration eines Multi-Stack-AEM-Elektrolyseurs in europäische Projekte

Im rheinland-pfälzischen Raum Deutschlands befindet sich eine 4,8-Megawatt-Anlage, die zwölf 400-Kilowatt-AEM-Stacks mit bereits bestehenden Biogasanlagen kombiniert. Diese Anordnung produziert jährlich rund 650 Tonnen grünen Wasserstoff und verursacht dabei Betriebskosten, die etwa halb so hoch sind wie bei herkömmlichen alkalischen Verfahren. Die Anlage verfügt außerdem über ein spezielles hybrides Kühlsystem, das den Wasserverbrauch um bis zu 60 Prozent senkt. Sicherheitsventile an den Rändern verhindern, dass Membranen austrocknen, wenn die Anlage mit weniger als voller Leistung betrieben wird, wodurch die Lebensdauer der gesamten Anlage verlängert wird und weniger häufig Wartung oder Ersatzteile benötigt werden.

FAQ

Was ist besonders an der AEM-Technologie von Enapter?

Enapters AEM-Technologie vereint die Kosteneffizienz herkömmlicher alkalischer Systeme mit den betrieblichen Vorteilen von Protonenaustauschmembranen (PEM) und bietet dadurch eine bessere Skalierbarkeit mit erneuerbaren Energiequellen.

Wie trägt Enapters AEM-Elektrolysetechnologie zu einer kosteneffizienten Wasserstoffproduktion bei?

Durch die Verwendung von Nicht-Edelmetallkatalysatoren wie Nickel-Eisen anstelle teurer Platingruppenmetalle hat Enapter die Materialkosten erheblich gesenkt, während die Systemeffizienz bei etwa 75 % bis 78 % bleibt.

Welche Vorteile bieten Enapters PGM-freie Elektrolyseure?

Enapters PGM-freie Elektrolyseure weisen eine verbesserte Effizienz, niedrigere Kosten und eine bessere Haltbarkeit im Vergleich zu herkömmlichen alkalischen Systemen auf und eignen sich daher gut für die variable Natur erneuerbarer Energiequellen.

Wie skalierbar sind Enapters AEM-Elektrolyseursysteme?

Das modulare Design und die standardisierten 1-MW-AEM-Module von Enapter ermöglichen skalierbare Installationen, wodurch Projekte mehrere Megawatt erreichen können und von geringeren Investitionskosten sowie effizientem Betrieb profitieren.