13.04.2021 | Forschung trifft Praxis

Nachhaltig unterwegs

mit recyceltem Platin

Heraeus und das DECHEMA-Forschungsinstitut kooperieren bei der Rückgewinnung von Platin aus Brennstoffzellen. Den Platinkreislauf zu schließen gäbe der E-Mobilität einen Schub, ist aber auf jeden Fall ein Paradebeispiel für Kreislaufwirtschaft.

"Eines Tages werden die Kohlenräume der Dampfer und die Tender der Lokomotiven statt mit Kohle mit diesen beiden kondensierten Gasen [Wasserstoff und Sauerstoff] gefüllt sein, die in den Öfen mit enormer Heizkraft brennen werden." Ziemlich visionär, wie Jules Vernes schon 1875 in seinem Roman "Die geheimnisvolle Insel" den Wasserstoffantrieb beschreibt.  

Seitdem haben wir gelernt, dass es nicht ratsam ist, Wasserstoff und Sauerstoff nebeneinander zu lagern, und dass die Brennstoffzelle eine sicherere Lösung ist. Brennstoffzellen-Züge gibt es zwar schon, im Fahrzeugsektor sind aber derzeit Autos die Hauptanwendung, dicht gefolgt von Bussen im öffentlichen Nahverkehr.

Brennstoffzellen recyceln: eine Herausforderung

Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen sind die beliebteste Anwendung für Fahrzeuge und für sie braucht es das teure Edelmetall Platin. Weltweit werden pro Jahr etwa 240 Tonnen Platin gewonnen, von denen 40 % als Katalysatoren für Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren verwendet werden. Diese Katalysatoren können recht einfach recycelt werden. Im Prinzip werden sie eingeschmolzen, wodurch 90 % des Platins zurückgewonnen werden können. Das Edelmetall aus Brennstoffzellen herauszuholen ist dagegen deutlich aufwendiger. Wenn sich aber Wasserstoff-Brennstoffzellen zum Antrieb von PKWs durchsetzen sollen, ist ein effizientes Recyclingsystem für Platin eine Voraussetzung. Ein Toyota Mirai zum Beispiel enthält rund 30 Gramm Platin, aber die Rückgewinnung aus einem Brennstoffzellenstapel bleibt eine technische und wirtschaftliche Herausforderung.

Das Platin verbirgt sich in der Polymer-Elektrolyt-Membran der Brennstoffzelle

E-Mobilität voranbringen

Die Firma Heraeus und das DECHEMA-Forschungsinstitut haben sich zusammengetan, um im Projekt Pt2Go2Pt ein effizientes System zum Platinrecycling zu entwickeln und damit letztlich die E-Mobilität voranzutreiben.  

Christian Gebauer, Leiter Hydrogen Systems bei Heraeus Precious Metals sagt:” Obwohl wir bei Heraeus über jahrzehntelange Erfahrung im Edelmetallrecycling verfügen, stellen die Materialströme aus PEM-Brennstoffzellen neue Herausforderungen dar. Mit diesem Projekt nimmt unsere Abteilung Recycling Innovation die speziellen Eigenschaften dieser Membranen genauer unter die Lupe und will die Lücke zwischen wissenschaftlichen Laborversuchen und industriellen Prozessen schließen.“  

Die Experten des DECHEMA-Forschungsinstituts erforschen, ob sich das Platin in Gasdiffusionselektroden und katalysatorbeschichteten Membranen durch kathodische Polarisation in alkalischer Lösung auflösen lässt. Ein weiterer wichtiger Schritt in Richtung Nachhaltigkeit ist es, die Lebensdauer der Katalysatorpartikel zu verlängern. Dazu werden sie auf mesoporösen Kohlenstoff mit optimierter Porengröße aufgebracht. Auch diesen Kohlenstoff entwickelt das DFI-Team selbst, da es auf dem Markt kein noch kein Produkt gibt, das die geforderten Eigenschaften erfüllt.

Autor

Dr. Jean-Francois Drillet

leitet das Forschungsteam „Batterien und Brennstoffzellen“ am DECHEMA Forschungsinstitut.

jean.drillet[at]dechema.de

www.dechema-dfi.de

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