Ein auf Brennstoffzellen zugeschnittener Recyclingprozess ist derzeit industriell nicht vorhanden. Deshalb startet Fraunhofer IWKS das Projekt „BReCycle“, mit dem die Wiederverwertung vor allem von Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen (PEMFC) durch ein nachhaltiges Verfahren entwickelt werden soll. Die Forscher*innen rechnen damit, dass spätestens im Jahr 2030 eine größere Menge dieses Brennstoffzellentyps, der heute in wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen eingesetzt wird, sein Lebensende erreicht hat. Der hohe Anteil an wertvollen Technologiemetallen macht effizientes Recycling sowohl aus ökologischer als auch ökonomischer Sicht sinnvoll.
Das Konsortium unter der Leitung der Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategien IWKS will nun ein Kreislaufwirtschaftskonzept für PEM-Brennstoffzellen erarbeiten. Die beteiligten Forschungs- und Industriepartner sind neben Fraunhofer IWKS, die Proton Motor Fuel Cell GmbH, die MAIREC Edelmetallgesellschaft mbH, die Electrocycling GmbH sowie die KLEIN Anlagenbau AG.
Ziel des Projekts ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem hochwertige Materialfraktionen speziell aus der Elektrodenbeschichtung generiert und die Polymermembran abgetrennt werden können. Zur Gewinnung wertvoller Edelmetalle wie Platin und Ruthenium soll zunächst ein Prozess der Vorzerlegung entwickelt werden, um elektrische Anschlüsse oder Kabel zu entnehmen. Danach folgt die elektrohydraulische Zerkleinerung. Dabei werden die vorzerkleinerten Baugruppen in einen mit Wasser gefüllten Reaktor gegeben und mittels Schockwellen materialselektiv zerkleinert. Vor allem in diesem Vorgang soll die platinhaltige, katalytisch aktive Schicht auf den Elektroden vom Kunststoff abgetrennt werden.
Vorteile durch Vorzerlegung und Zerkleinerung
„Durch die angestrebte starke Aufkonzentration der verschiedenen Wertstoffe wie Platin, Ruthenium und andere Metalle aus der katalytisch aktiven Schicht wird beispielsweise bei einer nachgeschalteten nasschemischen Aufbereitung ein deutlich effizienterer Einsatz an Chemikalien benötigt. Die Einsparung von Prozessschritten durch die spezifische Aufbereitung zuvor separierter Wertstoffe bewirkt einen signifikanten ökologischen und insbesondere ökonomischen Vorteil gegenüber anderen Prozessen“, heißt es in der Mitteilung von Fraunhofer IWKS. Derzeit werden seltene Metalle in pyrometallurgischen Metallrecyclingprozessen zurückgewonnen. Auf Brennstoffzellen angewendet entstehen dabei hochgiftige Fluorverbindungen, wodurch eine aufwendige Abgasreinigung notwendig wäre. „Bislang existieren keine industriell effizient einsetzbaren Recyclingprozesse, welche vor der Schmelzaufbereitung die Polymermembranen ausreichend separieren und damit die Gefahr der Entstehung von Fluorwasserstoff im Schmelzprozess unterbinden. Zudem gehen unedlere Metalle wie Stahl oder Aluminium im Prozess größtenteils verloren“, schreibt Fraunhofer IWKS
Der Projektansatz von BReCycle zielt auf eine möglichst hohe Reinheit der generierten Fraktionen ab. Der materialselektive Aufschluss des Produkts soll eine weit effektivere Separation der Fraktionen möglich machen. Nach Abschluss des auf drei Jahre anberaumten Projekts werden die gewonnenen Erkenntnisse nach und nach bei den beteiligten Industriepartnern in deren Verarbeitungsprozesse einfließen. Die Ergebnisse aus der Verfahrensentwicklung sollen außerdem als Basis für weitere Forschungsarbeiten dienen, um eine Rücknahme- und Recyclinglösung einschließlich der Realisierung spezifischer neuer Anlagenmodule etablieren zu können. Parallel dazu sind in diesem Zeitraum innovative Circular-Economy-Geschäftsmodelle gemeinsam mit allen Projektpartnern geplant. Entsprechend der gewonnenen Erkenntnisse und der Marktsituation sollen diese konkretisiert werden.