Ein Forschungsteam der TU Bergakademie Freiberg untersucht derzeit, wie sich Seltene Erden aus verbrauchten Festoxid-Elektrolysezellen zurückgewinnen und für neue Zellen wiederverwenden lassen. Zu diesem hydrometallurgischen Ansatz haben die Forschenden Ergebnisse im Journal of Sustainable Metallurgy veröffentlicht.

Wasserstoffproduktion steigert Bedarf an Seltenen Erden

Mit dem zunehmenden Einsatz von Wasserstofftechnologien steigt auch die Nachfrage nach metallischen Rohstoffen wie Scandium, Lanthan oder Cer. Diese sogenannten Selten-Erd-Metalle sind ein zentraler Bestandteil in Festoxid-Elektrolysezellen (SOEC), etwa zur Herstellung von grünem Wasserstoff. In einem 10-Megawatt-Modul kommen schätzungsweise rund 150 Kilogramm dieser Elemente zum Einsatz.

Ansätze zum Recycling im Labormaßstab untersucht

Im Labor haben die Forschenden ihre Recyclingmethode bereits im kleinen Maßstab nachgewiesen:

„Wir konnten im Versuch mit 0,2 Gramm Zellenmaterial die Wirksamkeit des Ansatzes demonstrieren“, erklärte Dr. Pit Völs, der die Untersuchungen leitet.

Aktuell arbeitet das Forschungsteam an einer Skalierung auf bis zu 50 Gramm pro Versuch. Dabei liegt der Fokus auf hydrometallurgischen Recycling-Methoden, insbesondere auf der Laugung, bei der die Metalloxide in eine wässrige Lösung überführt werden.

„Dafür trennen wir den Verbund aus Elektroden und Festelektrolyten zunächst mechanisch vom Stahl, der als Trennschicht und zur elektrischen Kontaktierung der Zellen eingesetzt wird. Anschließend erfolgt die von uns untersuchte Laugung der Selten-Erd-Metalle aus den Elektroden mit Säuren“, so Völs.

Im weiteren Projektverlauf sollen die Metalle mit umweltschonenden Chemikalien voneinander getrennt und recycelt werden. Zudem wird der entwickelte Recyclingansatz durch eine simulationsbasierte Ökobilanz bewertet.

Recyclingansatz als Teil des Projekts GrInHy3.0

Industriepartner wie der Dresdner Elektrolyseur-Hersteller Sunfire SE und der Stahlproduzent Salzgitter Flachstahl GmbH begleiten das Projekt. Das Gesamtziel besteht darin, eine neuartige Technologie für die Herstellung von Wasserstoff in Feststoffoxid-Elektrolysezellen zu entwickeln. Dafür erhält das Vorhaben bis 2027 Förderung vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE).

„Die Technologie wird es ermöglichen, die recycelten Metalle in den Materialkreislauf zurückzuführen. Damit sollen langfristig die Umweltauswirkungen des zukünftigen Abfallstroms, der bei der Wasserstoffherstellung entsteht, minimiert werden“, so Professor Alexandros Charitos, Projektleiter an der TU Bergakademie Freiberg.

An den Versuchsanlagen der Projektpartner soll die Wasserstoffproduktionstechnologie unter realen Bedingungen erprobt werden. Die dort geplante Anlage soll künftig bis zu 14 Kilogramm Wasserstoff pro Stunde erzeugen.

Zum Artikel im Journal of Sustainable Metallurgy.