Selten-Erd-Metalle sind zentrale Bestandteile moderner Wasserstoff-Elektrolysezellen – doch bislang landen sie nach Ende der Lebensdauer der Zellen im Stahlschrott. Ein Forschungsteam der TU Bergakademie Freiberg will das ändern und hat ein Verfahren entwickelt, mit dem diese wertvollen Metalle recycelt werden können.
Die Forschenden setzen dabei auf hydrometallurgische Methoden, die eine umweltschonende Rückgewinnung ermöglichen. Erste Tests im Labormaßstab verliefen erfolgreich, nun arbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der Skalierung. Ziel ist ein geschlossener Materialkreislauf für künftige Wasserstofftechnologien.
Selten-Erd-Metalle effizient zurückgewinnen
Festoxid-Elektrolysezellen enthalten in einem 10-Megawatt-Modul etwa 150 Kilogramm Selten-Erd-Metalle wie Scandium, Lanthan oder Cer. Diese Metalle zählen zu den gefragtesten Rohstoffen der Energiewende. Im Projekt GrInHy3.0 untersucht das Team der TU Bergakademie Freiberg, wie diese Elemente nach dem Einsatz in Wasserstoffzellen recycelt und erneut verwendet werden können.
Im Fokus steht ein hydrometallurgischer Ansatz, bei dem die Metalle zunächst mechanisch vom Stahl getrennt und anschließend in wässriger Lösung ausgelaugt 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“, erklärt Dr. Pit Völs. „Anschließend erfolgt die von uns untersuchte Laugung der Selten-Erd-Metalle aus den Elektroden mit Säuren.“
Die Recyclingmethode wurde bereits im Labormaßstab erfolgreich getestet. „Die jetzt veröffentlichten Ergebnisse wurden in einem kleinen Maßstab von 0,2 Gramm Zellenmaterial pro Versuch durchgeführt, wir arbeiten aber bereits daran die Ergebnisse in einen größeren Labormaßstab von derzeit bis zu 50 Gramm zu übertragen“, so Völs.
Umweltverträgliche Recyclingprozesse und Bewertung
Im weiteren Verlauf des Projekts sollen die zurückgewonnenen Metalle mithilfe umweltschonender Chemikalien voneinander getrennt und in den Produktionskreislauf zurückgeführt werden. Begleitet wird der technische Fortschritt durch eine simulationsbasierte Ökobilanz, mit der die Umweltauswirkungen des neuen Recyclingverfahrens bewertet werden.
Umweltgerechtes Recycling von Wasserstoffzellen mit Industriepartnern
Die wissenschaftlichen Arbeiten erfolgen im Rahmen des Projekts GrInHy3.0 in Zusammenarbeit mit industriellen Partnern wie dem Elektrolyseur-Hersteller Sunfire SE und dem Stahlproduzenten Salzgitter Flachstahl GmbH. Ziel ist die Entwicklung einer marktfähigen Wasserstoffproduktionstechnologie, die den Einsatz recycelter Metalle ermöglicht.
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.
Professor Alexandros Charitos, Projektleiter an der TU Bergakademie Freiberg
An den Versuchsanlagen der Projektpartner wird die neue Technologie in den kommenden drei Jahren unter realen Bedingungen getestet. Die Anlage soll künftig 14 Kilogramm Wasserstoff pro Stunde produzieren. Das Forschungsprojekt GrInHy3.0 (Green Industrial Hydrogen) wird bis 2027 vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.
Originalpublikation: Völs, P., Veiga Barreiros, T., Laplana, A.D. et al. Leaching of Solid Oxide Electrolyzer Cells for a Circular Hydrogen Economy. J. Sustain. Metall. 11, 1766–1777 (2025). https://doi.org/10.1007/s40831-025-01080-9