BReCycle: Wie können Brennstoffzellen recyclet werden?

Im Rahmen des nun gestarteten Projekts „BReCycle“ erarbeiten fünf Forschungs- und Industriepartner ein Kreislaufwirtschaftskonzept speziell für PEM-Brennstoffzellen. Ziel ist es, ein nachhaltiges Verfahren zur Aufbereitung von Brennstoffzellen zu entwickeln.

Dabei müssen die hochwertigen Materialien und die Polymermembran abgetrennt werden können, wie das Fraunhofer Institut für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie (IWKS) in einer Mitteilung schreibt. Am Projektkonsortium unter Leitung des Fraunhofer IWKS sind die Proton Motor Fuel Cell GmbH, MAIREC Edelmetallgesellschaft mbH, Electrocycling GmbH und KLEIN Anlagenbau AG beteiligt. Gefördert wird das Vorhaben vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

Derzeit gebe es noch keinen maßgeschneiderten Recyclingprozess im industriellen Maßstab für die Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen (PEMFC). Dieser Brennstoffzellentyp wird bereits heute für automobile Anwendungen genutzt, mit der steigenden Verbreitung der Technologie rechnen die Forscher ab spätestens 2030 mit einer „größeren Menge“ an Brennstoffzellen, die ihr Lebensende erreicht habe. Wegen des hohen Anteils an wertvollen Technologiemetallen und ökologischen Betrachtungen sei ein effizientes Recycling von in PEM-Brennstoffzellen enthaltenen Materialien notwendig. Enthalten sind unter anderem Platin und Ruthenium.

Bei sogenannten pyrometallurgischen Metallrecyclingprozessen, die auf die Edelmetalle ausgelegt sind, entstehen jedoch hochgiftige Fluorverbindungen, das Fluor ist in der Membran enthalten. Deshalb ist das Abtrennen der Polymermembran vor dem Schmelzvorgang wichtig – hierfür existieren aber laut den Forschern keine „industriell effizient einsetzbaren Recyclingprozesse“.

In dem Projekt „BReCycle“ soll nun unter anderem ein solches Verfahren entwickelt werden. Nach der Demontage und Zerkleinerung (unter anderem über Schockwellen in einem mit Wasser gefüllten Reaktor) sollen die Bruchstücke über einfache physikalische Trennverfahren wie Sieben und Filtern in die Materialfraktionen Katalysatorpulver und Graphite sowie Polymer und Metalle aufgetrennt werden. Von den Metallen sollen danach mittels IR-Sensorik die Stücke mit Polymermembran ausgeschleust werden. Wegen der auf diesem Wege erhofften Konzentration der Wertstoffe in den selektierten Materialgruppen sollen auch bei der nachgeschalteten nasschemischen Aufbereitung weniger Chemikalien benötigt werden.

Um die Zellen und Module aber überhaupt gut aufbereiten zu können, wollen die Forscher über das Recyclingverfahren selbst hinausgehen und auch „Aspekte des kreislaufgerechten Produktdesigns“ untersucht werden. So soll bereits bei der Konstruktion die Recyclingfähigkeit der Brennstoffzellen erhöht werden und aus den einfacher gewonnenen Sekundärwerkstoffen ein neues Geschäftsmodell entwickelt werden.

Nach Abschluss des Projekts – angesetzt ist es bis Februar 2023 – sollen die gewonnenen Erkenntnisse sukzessive bei den beteiligten Industriepartnern in die Verarbeitungsprozesse für PEM-Brennstoffzellen einfließen. „Die Ergebnisse aus der Verfahrensentwicklung dienen außerdem als Basis für weitere Forschungsarbeiten, um eine Rücknahme- und Recyclinglösung einschließlich der Realisierung spezifischer neuer Anlagenmodule etablieren zu können“, heißt es in der Mitteilung.
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