Hochtemperatur-Elektrolyse geht in Serie

Thyssenkrupp Nucera steigt in die Hochtemperatur-Elektrolyse ein. Im Beisein des thüringischen Ministerpräsidenten Bodo Ramelow verkündeten Thyssenkrupp und das Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS am Mittwoch eine strategische Partnerschaft und unterzeichneten die Verträge für den gemeinsamen Aufbau einer Pilotanlage am Erfurter Kreuz in Arnstadt. Thyssenkrupp Nucera ist einer der führenden Hersteller von alkalischen Elektrolyseanlagen im Industriemaßstab. Im Gegensatz zu der lange etablierten alkalischen Technologie ist die Hochtemperatur-Elektrolyse eine Innovation, die bisher noch nicht in hohen Stückzahlen oder automatisiert hergestellt wird.

Das Fraunhofer IKTS hat seit über 20 Jahren umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in der SOEC (Solid Oxide Electrolyzer Cell)-Technologie geleistet sowie die notwendigen ersten Vorarbeiten im Hinblick auf eine Industrialisierung dieser Elektrolyse-Technologie durchgeführt. Das Institut stellt derzeit etwa 1.000 Stacks mit einer elektrischen Leistung von 4 Kilowatt und einem Volumen von 1,5 Litern Wasserstoff pro Tag her. Für größere Anwendungen müssen diese Stacks kombiniert werden. Bereits im ersten Quartal 2025 soll eine durch das Fraunhofer IKTS geplante und errichtete Pilotanlage ihren Betrieb für die Herstellung der Hochtemperatur-Elektrolyse-Stacks in zunächst kleiner Stückzahl aufnehmen, schreibt Thyssenkrupp. Auf Nachfrage sprach Alexander Michaelis, Institutsleiter des Fraunhofer IKTS, von mehreren 100 Megawatt. Parallel würde dann bereits die industrielle Fertigung im Gigawatt-Maßstab vorbereitet.

Die SOEC-Stack-Technologie basiert auf einem gasdichten, sauerstoffionenleitenden keramischen Elektrolyten mit siebgedruckten Elektroden und gepressten Interkonnektoren aus einer Chrombasislegierung (CFY). Sie gewährleisten nach Angaben des Fraunhofer IKTS eine hohe Effizienz, Langzeitstabilität, Robustheit und kostengünstige Massenfertigung. Die Stack-Technologie basiere auf wenigen Bauelementen und könne im Vergleich zu aktuell verfügbaren Designs auf dem Weltmarkt eine Führungsposition einnehmen, konstatieren die Forscher. Thyssenkrupp Nucera hat die Lizenz zur Nutzung der neuesten CFY-Stacks erworben.

Der Charme der Hochtemperatur-Elektrolyse gegenüber anderen Elektrolysetechnologien besteht zum einen darin, dass ein Teil der benötigten Energie in Form von Wärme zugeführt werden kann und daher der Bedarf an erneuerbar erzeugter elektrischer Energie um 20 Prozent sinkt. Zum zweiten werden keine Edelmetalle benötigt. Darüber hinaus kann dem Prozess Kohlendioxid zum Beispiel aus Abgasen oder perspektivisch aus der Luft zugesetzt werden. Das CO2 wird dabei zum Synthesegas Kohlenmonoxid reduziert, das sich wiederum für weitere Prozesse nutzen lässt. Es komme beispielsweise bei der Fischer-Tropsch-Reaktion für die Erzeugung von E-Fuels zum Einsatz oder im Haber-Bosch-Verfahren bei der Herstellung von Ammoniak. Da beides exotherme Prozesse seien, kann die Wärme wieder der Elektrolyse zugutekommen. Eine weitere Einsatzmöglichkeit für Wasserstoff und Kohlenmonoxid liegt bei der Produktion von grünem Stahl.

In seiner Rede vor Unterzeichnung des Partnerschaftsvertrags betonte Werner Ponikwar, CEO von Thyssenkrupp Nucera, das Potenzial und die hohe Bedeutung des Know-hows bei der Hochtemperatur-Elektrolyse für die Dekarbonisierung der Industrie in Deutschland und Europa und stellte hohe Investitionen in Aussicht. Eine genaue Zahl nannte er zunächst nicht. Offenbar verhandelt das Unternehmen noch über Fördergelder. Mit Thyssenkrupp Nucera kann Thüringen nach CATL ein weiteres Schwergewicht aus der Industrie für den Standort in Arnstadt gewinnen.

Bereits im August 2023 hatte das deutsche Unternehmen Sunfire ebenfalls eine Förderzusage über 162 Millionen Euro für den Aufbau einer industriellen Serienfertigung von Hochtemperatur-Elektrolyseuren in Sachsen erhalten.