Die meisten Ergebnisse zur Iridiumreduktion enden bei einer einzelnen kleinen Zelle. Das EU-Projekt PROMET-H2 (2020–2024) hat sich eine härtere Prüfung vorgenommen: einen PEM-Elektrolyse-Stack für Druckbetrieb mit deutlich geringeren Investitionskosten zu bauen – ohne Abstriche bei Leistung und Lebensdauer. Jedes Material musste sich seinen Platz in diesem Stack verdienen.
Wir waren der Partner, der einen der Anodenkatalysatoren hochskaliert hat. Dieser Beitrag fasst zusammen, was das Projekt veröffentlicht hat, welche Rolle wir hatten und was sich daraus für den Weg von Ultra-Low-Iridium-Katalysatoren aus dem Labor lernen lässt.
Das Problem, das PROMET-H2 angegangen ist
Die PEM-Elektrolyse ist kompakt und folgt schwankendem Wind- und Solarstrom gut. Sie hängt aber von Iridium ab, einem der seltensten Elemente in industrieller Nutzung, und von teuren Stackkomponenten. Zu Projektbeginn lagen die Investitionskosten für PEM-Elektrolyseure typischerweise bei 1.000–1.500 € pro kW. PROMET-H2 wollte sie auf 500–700 € pro kW senken – mit neuen Katalysatoren, günstigeren Komponenten, dünneren Membranen und einem neuen Stackdesign.
Das vom DLR koordinierte Projekt testete zunächst vollständig CRM-freie Anodenkatalysatoren. Sie waren vielversprechend, lagen aber noch deutlich hinter iridiumbasierten Katalysatoren. Das Konsortium entschied sich deshalb für den Weg der drastischen Reduktion: Iridium behalten, aber viel weniger davon einsetzen.
Zwei Kandidaten, eine Wahl für den Stack
Zwei Ultra-Low-Iridium-Anodenkatalysatoren kamen in die engere Wahl: einer von uns, einer von einem Forschungspartner. Das Projektziel war anspruchsvoll: 2 A/cm² bei 1,9 V mit nur 0,2 mg Iridium pro cm², stabil über 1.000 Stunden.
Laut Abschlussbericht auf CORDIS:
- Die beste MEA des Projekts erreichte 1,81 V bei 2 A/cm² mit 0,2 mg Ir/cm² und bestand einen 1.000-Stunden-Test bei konstantem Strom.
- Der Forschungspartner Forschungszentrum Jülich maß mit dem Katalysator von CENmat eine vergleichbare Leistung bei 0,2 mg Ir/cm².
- Das Konsortium wählte den Katalysator von CENmat für die Fertigung der Stack-MEAs – wegen seines Aktivierungsverhaltens auf MEA-Ebene und seines Skalierungspotenzials.
- Der Bericht hält außerdem fest, dass CENmat den hochaktiven Katalysator bei gleichbleibend hoher Qualität hochskaliert hat.
Der letzte Punkt wird leicht übersehen. Ein Katalysator, der in einer 5-g-Laborcharge glänzt, sich im Kilogrammmaßstab aber verändert, nützt keinem Stackbauer. In PROMET-H2 war die Skalierbarkeit ein Auswahlkriterium und kein nachträglicher Gedanke.
Was der Stack erreicht hat
Auf Stackebene berichtete das Projekt:
- Zehnmal weniger Iridium in der Katalysatorschicht, so der Projektkoordinator im CORDIS-Artikel.
- 21 % niedrigere Stack-Investitionskosten gegenüber einem Referenzstack mit Materialien nach dem Stand der Technik.
- Eine geplante Validierung an einem Standort für erneuerbares Methanol mit 25 kW Wasserstoff-Produktionskapazität.
- 12 begutachtete Publikationen und Vorträge auf 33 internationalen Konferenzen bis zum Ende des Berichtszeitraums.
Wir stellten unsere Katalysatorentwicklung auf Workshops von PROMET-H2 vor, darunter 2022 in einer Session zum Scale-up von Katalysatoren für Wasserelektrolyseure und 2024 beim Projektworkshop auf der European Hydrogen Energy Conference (EHEC) in Bilbao.
Verwandte begutachtete Arbeit: Katalysatorherstellung in einem Schritt
Skalierbare Herstellung ist auch das Thema einer vom DLR geleiteten Veröffentlichung mit einem Co-Autor von CENmat: „Rapid Scalable One-step Production of Catalysts for Low-Iridium Content Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers“ (S. Venkatesan, S. S. Ambu, T. Morawietz et al., mit A. S. Gago und K. A. Friedrich, Advanced Energy Materials 15 (2025) 2401659, Open Access). Die Autoren stellen Anodenkatalysatoren in einem kontinuierlichen, einstufigen Flammsprühverfahren her. Mit 0,2 mg Ir/cm² in der Katalysatorschicht zeigten die Zellen bis zu viermal so viel Aktivität wie eine kommerzielle Iridium-Referenz und liefen stabil über 2.000 Stunden – bei etwa einem Zehntel der heute üblichen Iridiumbeladung.
Was das für PEM-Käufer bedeutet
Drei Lehren gelten für alle, die Ultra-Low-Iridium-Materialien qualifizieren:
- Daten auf MEA-Ebene bei der Zielbeladung verlangen, nicht nur die Aktivität des Pulvers.
- Fragen, wer sonst noch gemessen hat. In PROMET-H2 hat ein unabhängiges Partnerlabor die Leistung reproduziert.
- Nach der Chargengröße fragen. Die Skalierbarkeit gab den Ausschlag für den Stack.
Unser aktueller Ultra-Low-Iridium-Katalysator OXYGN-M™ baut auf dieser Erfahrung auf: 1,86 V bei 2 A/cm² mit 0,2 mg Ir/cm² und mehr als 1.000 Stunden bei 2 A/cm² ohne Degradation. Mehr dazu in unserem Beitrag zu OXYGN-M und in unserer Zusammenfassung des begutachteten Ergebnisses von 2,82 A/cm². Spezifikationen finden Sie auf der Produktseite OXYGN PEM, und Sie können Muster anfordern. Mehr zum Projekt auf unserer PROMET-H2 Seite.
PROMET-H2 wurde aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 862253 gefördert.