Fraunhofer-Projekt sucht PFAS-freie Substitutionsmaterialien für Elektrolyseure

Vor dem Hintergrund des PFAS-Beschränkungsvorschlags der Echa ist der Einsatz von Fluorpolymeren auch in der Wasserstoffwirtschaft künftig ungewiss. Das aus diesem Grund initiierte Elastolox-Projekt – für das Partner gesucht werden – will geeignete Alternativen für die unterschiedlichen Komponenten identifizieren.

Kunststoffe spielen eine entscheidende Rolle in der Wasserstofftechnologie und ermöglichen die Entwicklung nachhaltiger sowie gewichtsoptimierter Komponenten.

Die Materialien werden dabei in verschiedenen Bereichen eingesetzt, beispielsweise in Faserverbünden und Linern in Wasserstoffdrucktanks, Dichtungskomponenten, Rohrleitungen, Pipelines sowie in Gehäusen und Bipolarplatten von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren.

Vor allem in letzteren verlangen die sauren oder alkalischen Betriebsbedingungen den eingesetzten Materialien viel ab. Die Einsatzgebiete für kunststoffbasierte Systeme im Wasserstoffsektor werden laut Fraunhofer LBF weiter zunehmen.

Über das Verhalten der meisten Kunststoffmaterialien, seien es Elastomere, (faserverstärkte) Thermoplaste oder Duromere – insbesondere in Bezug auf ihr Langzeitverhalten unter Medieneinwirkung im Betrieb – fehlen jedoch Informationen.

Die Medienbedingungen sind vielfältig und umfassen Gase wie Wasserstoff und Sauerstoff oder Flüssigkeiten wie Kühlmittel, Produktwasser, saure oder basische Elektrolyte.

Für eine zuverlässige Komponenten-Auslegung muss das Materialverhalten unter Medieneinwirkung ausreichend bekannt sein. Hierbei liegt der Fokus häufig auf dem mechanischen Verhalten der Kunststoffe, ihrer chemischen und physikalischen Alterung, sowie ihren Sorptions- und Diffusionseigenschaften und dem Quellverhalten bei Medienaufnahme.

Die Anforderungen können je nach Einsatzgebiet variieren und unterschiedliche Druck- und Temperaturbereiche umfassen, von Niederdruck in Brennstoffzellen bis zu Hochdruckanwendungen in der Druckgasspeicherung. Durch die entstehende Wechselwirkung ergeben sich komplexe Beanspruchungsszenarien für die Materialien, die nur auf Basis von Versuchsdaten vorhergesagt werden können.

Das Forschungsteam am Fraunhofer LBF hat Methoden entwickelt, um die Medieneinwirkung auf Kunststoffe in der Wasserstofftechnologie zu charakterisieren und zu verstehen.

Dabei muss auch die Vielfalt möglicher mechanischer Beanspruchungen betrachtet werden, die unter verschiedenen Belastungsgeschwindigkeiten und Frequenzen auftreten können.

Mit Analysen und der Entwicklung von Alterungs- und Simulationsmethoden für Kunststoffe will das Elastolox-Projekt die Entwicklung zuverlässiger Kunststoffbauteile in Wasserstoffsystemen unterstützen. Die Tätigkeiten sind eingebettet in das Leistungszentrum-Wasserstoff Hessen, das der Fraunhofer-Gesellschaft
zur Förderung der angewandten Forschung angegliedert ist.

Quelle: Fraunhofer LBF