Der ultimative Leitfaden zum Kauf und Recycling von PEM-Elektrolyseuren

Bewerten Sie bei der Auswahl eines PEM-Elektrolyseurs umfassend Effizienz, Kosten, Zuverlässigkeit und Edelmetallrückgewinnungswert. Internationale Käufer achten in erster Linie auf die Energieeffizienz (typischerweise unter 4,8 kWh/Nm³), die Wasserstoffproduktionskapazität (von einigen Kubikmetern bis zu Hunderten von Kubikmetern pro Stunde), die Systemlebensdauer (normalerweise über 60.000 Stunden) und die Iridiumbeladung (die sich direkt auf Kosten und Rückgewinnungswert auswirkt). Ein Branchenbericht aus dem Jahr 2025 zeigt, dass ein containerisierter 1-MW-PEM-Elektrolyseur etwa 1,2 bis 1,8 Millionen US-Dollar kostet, wobei Platinkatalysatoren 10 bis 15 % der Gesamtkosten ausmachen. Kaufen Sie vorrangig von Herstellern, die zertifizierte Daten aus beschleunigten Belastungstests vorlegen, um die Haltbarkeit im dynamischen Betrieb sicherzustellen. Für das Recycling enthalten verbrauchte Titananoden und Katalysatorschichten die Edelmetalle Iridium und Platin. Die Perfluorsulfonsäuremembran kann mit überkritischem CO₂ (40 °C/25 MPa) gestrippt werden. Anschließend erfolgt eine selektive Iridiumextraktion durch elektrochemische Auflösung (0,5 M H₂SO₄ + 0,1 M Ce⁴⁺). Dabei werden Rückgewinnungsraten von bis zu 97 % erreicht. Die Zusammenarbeit mit spezialisierten Edelmetallrecyclingunternehmen wird empfohlen, da diese vergleichsweise höhere Rückgewinnungspreise anbieten.

Neueste PEM-Elektrolyseur-Technologie: Funktionsprinzip

PEM-Elektrolyseure elektrolysieren Wasser effizient und erzeugen unter hohem Druck über eine Protonenaustauschmembran (PEM) Wasserstoff. Die Kernreaktionen sind: 

Anodenreaktion (Sauerstoffentwicklungsreaktion, OER): 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ 

Kathodenreaktion (Wasserstoffentwicklungsreaktion, HER): 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂ 

Gesamtreaktion: 2H₂O → 2H₂ + O₂ 

PEM-Elektrolyseure verwenden Perfluorsulfonsäuremembranen (z. B. Nafion®) als Elektrolyte, die eine hohe Protonenleitfähigkeit von 0,07–0,08 S/cm aufweisen und den Betrieb bei hohen Stromdichten (1,0–2,2 A/cm²) ermöglichen. Die Membran-Elektroden-Einheit (MEA) ist die Kernkomponente. Sie verfügt über einen Iridium-basierten Katalysator (z. B. IrO₂) an der Anode, um der stark oxidativen Umgebung standzuhalten, und einen Platinkatalysator an der Kathode, um die Wasserstoffentwicklung zu fördern . Zu den wichtigsten technologischen Fortschritten im Jahr 2025 gehören: Katalysatoren mit Perowskit-Struktur (z. B. Ir-dotiertes Strontiumtitanat), die den Iridiumverbrauch um 57 % reduzieren und gleichzeitig die Massenaktivität verzehnfachen; ultradünne Kompositmembranen (z. B. NH₂-MOF/Polybenzimidazol) erreichen eine Leitfähigkeit von 0,308 S/cm bei 160 °C. PEM-Elektrolyseure erreichen Wirkungsgrade von über 85 % und reagieren in weniger als einer Sekunde auf Schwankungen bei erneuerbaren Energien, wodurch sie sich für die Integration mit Wind- und Solarenergie eignen.

Leistungsparameter und Preisvergleich der führenden internationalen PEM-Elektrolyseur-Hersteller

Nachfolgend finden Sie einen Vergleich der wichtigsten Parameter führender Hersteller von PEM-Elektrolyseuren in Nordamerika und Europa (Daten basieren auf Marktberichten von 2025): 

Cummins (Accelera) ist mit über 600 weltweit installierten Einheiten führend im großtechnischen Einsatz; sein 35-MW-System treibt die industrielle Dekarbonisierung in New York voran. ITM Power ist auf die Integration erneuerbarer Energien spezialisiert und bietet trotz höherem Stromverbrauch eine schnelle dynamische Reaktion. Das Containerdesign von NEL vereinfacht die Installation und ermöglicht eine schnelle Inbetriebnahme. Siemens Energy hat die niedrigste Iridiumbeladung (0,25 g/kW) und nähert sich dem Ziel des US-Energieministeriums für 2026 (0,1 g/kW) an, wodurch das Unternehmen für Industrien geeignet ist, die hohe Reinheit benötigen. Wichtige Kaufüberlegungen: Ein Stromverbrauch von unter 4,8 kWh/Nm³ senkt die Betriebskosten, während ein hoher Druck (> 30 bar) den nachfolgenden Kompressionsbedarf minimiert.

Detaillierte Übersicht aller recycelbaren Edelmetallkomponenten in PEM-Elektrolyseuren

Die Rückgewinnung von Edelmetallen in PEM-Elektrolyseuren zielt in erster Linie auf die Katalysatorbeschichtungsmembran (CCM) und die poröse Transportschicht (PTL) ab: 

1. Anodenkatalysator: Verwendet Iridium oder Iridiumoxid (IrO₂), typischerweise in einer Konzentration von 0,2–0,5 mg/cm². Nach der Deaktivierung kann Iridium durch elektrochemische Auflösung (0,5 M H₂SO₄ + 0,1 M Ce⁴⁺) mit einer Rückgewinnungsrate von 97 % extrahiert werden. Das zurückgewonnene Iridium weist eine OER-Überspannung von nur 290 mV bei 10 mA/cm² auf und nähert sich damit der von Neumaterial an. 

2. Kathodenkatalysator: Platin-Nanopartikel (0,1–0,3 mg/cm²) können durch mikrowellenunterstützte Säurelaugung (Königswasser, 800 W) zurückgewonnen werden, wodurch der Säureverbrauch um 40 % reduziert wird. 

3. Komponenten auf Titanbasis: Poröse Transportschichten und Bipolarplatten, die mit Edelmetallen (z. B. TiN) beschichtet sind, ermöglichen die Rückgewinnung von Titan durch Nitrierung, wobei der Wert des verbleibenden Iridiums bei etwa 85 USD/g liegt (basierend auf einem Iridiumpreis von 150 USD/g im Jahr 2025). 

Die Rentabilität der Rückgewinnung hängt von der Iridiumbeladung und den Abbaumechanismen ab (z. B. kann die Ablösung der Beschichtung die Iridiumbeladung von 2 mg/cm² auf 0,3 mg/cm² reduzieren). Eine Rückgewinnung wird alle 60.000 Stunden oder bei einem Effizienzverlust von 15 % empfohlen. Ein einzelner 1-MW-PEM-Elektrolyseur (mit 0,3–0,5 kg Iridium) erzielt einen Wert von 20.000 bis 50.000 US-Dollar. Achten Sie bei der Auswahl von PEB-Elektrolyseuren auf deren überkritisches CO₂ und elektrochemische Reinigungsfähigkeit, um eine geschlossene Kreislaufwirtschaft der Edelmetalle zu gewährleisten.