Das Forschungsprojekt ReNaRe, das von 2021 bis 2025 durchgeführt wurde, widmet sich der nachhaltigen Ressourcennutzung und dem Recycling von Elektrolyseuren, die eine zentrale Rolle in der Wasserstoffproduktion spielen. In den letzten vier Jahren arbeiteten elf interdisziplinäre Forschungsteams aus Wissenschaft und Industrie zusammen, um Strategien und Technologien zu entwickeln, die es ermöglichen, Elektrolyseure nach ihrem Lebenszyklus umweltfreundlich und wirtschaftlich zu recyceln. Besonders im Fokus standen dabei die Rückgewinnung seltener und wertvoller Rohstoffe wie Iridium, Platin, Ruthenium sowie Seltene Erden, deren Verfügbarkeit weltweit eingeschränkt ist.
Das Projekt wurde durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) und die Europäische Union im Rahmen des Wasserstoff-Leitprojekts H2Giga gefördert. Ziel war es, eine funktionierende Kreislaufwirtschaft im Wasserstoffsektor zu etablieren. Ein zentraler Bestandteil von ReNaRe war die Entwicklung konkreter Prozessschemata für das Recycling. Hierbei wurden vollständige Recyclingketten sowohl für Protonenaustauschmembran- (PEM) als auch für Hochtemperatur-Elektrolyseure (HT) entworfen. Diese Ketten beinhalten die automatisierte und schonende Zerlegung der Elektrolyseure, gefolgt von mechanischen und hydrometallurgischen Verfahren zur Rückgewinnung wertvoller Materialien.
Ein bedeutendes Element des Projekts war die Entwicklung von Konzepten zur automatisierten Demontage der Elektrolyseur-Stacks. Ziel war es, die einzelnen Komponenten so zu zerlegen, dass die funktionellen Materialien leicht zugänglich sind und effizient zurückgewonnen werden können. Unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung wurden innovative mechanische Demontageprozesse entwickelt, die eine zerstörungsfreie Trennung von Bauteilen wie Bipolarplatten, Membranen und Rahmen ermöglichen. Für PEM-Stacks wurde ein Verfahren zur präzisen Separation von Membran-Elektroden-Einheiten erfolgreich erprobt. Ähnliche Ansätze wurden auch für HT-Stacks validiert, wobei speziell entwickelte Werkzeuge und integrierte Sensorsysteme zum Einsatz kamen.
Nach der Demontage konzentrierten sich die Projektpartner auf den mechanischen Aufschluss der verbliebenen Materialverbunde. Hierzu entwickelten sie Verfahren, um wertvolle Materialien aus den Elektrodenschichten zu extrahieren. Diese Verfahren sind entscheidend, um kritische Rohstoffe gezielt zurückzugewinnen und eine hohe Materialausbeute zu erreichen. Ein weiterer Fortschritt ergab sich aus der Entwicklung spezifischer Trennverfahren, die physikalische und physikochemische Methoden kombinieren, um wertvolle Materialien effizient voneinander zu trennen, anstatt chemische Prozesse zu verwenden.
Für die Gewinnung von Edelmetallen wie Platin und Iridium aus den mechanisch separierten Materialien wurde ein neues Laugungsverfahren auf Basis organischer Säuren entwickelt. Dieses Verfahren reduziert den chemischen Aufwand erheblich und ermöglicht die Rückführung hochreiner Edelmetalle in neue Elektrolyseursysteme. Die Kombination von mechanischen und hydrometallurgischen Verfahren stellt eine durchdachte Prozesskette dar, die sowohl ökologische als auch technische Anforderungen erfüllt.
Ein weiterer Aspekt des Projekts war die Untersuchung von Rückständen, die bei pyrometallurgischen Prozessen entstehen. Diese Rückstände können wertvolle Rohstoffe enthalten, die durch mechanische Verfahren zurückgewonnen werden können, was neue Möglichkeiten für die Ressourcennutzung aufzeigt. Um die Praxistauglichkeit der entwickelten Recyclingverfahren zu überprüfen, wurden die Methoden mit bestehenden industriellen Prozessen verglichen. Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine Übertragung der entwickelten Verfahren auf industrielle Abläufe möglich ist, auch wenn weitere Untersuchungen notwendig sind, um die industrielle Anwendbarkeit zu bestätigen.
Zusätzlich wurden verschiedene Recyclingpfade getestet, um metallische und keramische Materialien aus betriebenen HT-Elektrolyseuren wiederzuverwerten. Dabei zeigte sich, dass bis zu 90 % der keramischen und 100 % der Metallteile erfolgreich innerhalb der Materialkreisläufe integriert werden können. Diese Erkenntnisse führten zu Empfehlungen für ein recyclingfreundliches Design der Elektrolyseur-Stapels, was die Wiederverwertung in Zukunft erleichtern könnte.
Abschließend wurde die ökologische und wirtschaftliche Effizienz der entwickelten Prozesse durch umfassende Ökobilanzierungen und techno-ökonomische Analysen bewertet. Die Ergebnisse belegen, dass das Recycling von Materialien aus Elektrolyseuren deutlich geringere Umwelt
