PUREcycle

PEM-Komponenten Umweltfreundlich Recyceln
Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft – Urban Mining: Erschließung anthropogener Lager als Rohstoffquelle (UrMin)

PUREcycle nimmt sich einer der Schlüsselfragen der Wasserstoffwende an: Was passiert mit PEM-Elektrolyseuren, wenn sie ihr Lebensende erreichen? Im Fokus stehen die Rückgewinnung und Wiederverwendung kritischer Edelmetalle wie Platin und Iridium, um Ressourcenverbrauch und Umweltbelastung zu senken.

Entwicklung eines nachhaltigen Recyclingkonzepts für PEM-Elektrolyseure

Im Projekt PUREcycle entwickeln die beteiligten Partner ein ganzheitliches Recyclingkonzept für Proton-Exchange-Membrane-Elektrolyseure (PEMEL) mit Fokus auf die Membran-Elektroden-Einheiten (MEA). Diese enthalten hohe Anteile kritischer Rohstoffe wie Platin und Iridium, die bislang unzureichend recycelt werden. Ziel ist es, diese Materialien aus End-of-Life-Komponenten effizient zurückzugewinnen und erneut für die Herstellung von PEM-Komponenten einzusetzen. Damit wird der Materialkreislauf geschlossen und die Abhängigkeit von Primärrohstoffen reduziert.

Der Bedarf an solchen Lösungen steigt mit dem schnellen Ausbau der Wasserstoffwirtschaft erheblich. Gleichzeitig sind kritische Rohstoffe begrenzt verfügbar und ihre Gewinnung ist mit hohen ökologischen Belastungen verbunden. PUREcycle adressiert diese Herausforderung, indem es Ressourcensicherheit, Klimaschutz und industrielle Anwendbarkeit in einem zukunftsorientierten Ansatz vereint.

Wissenschaftliche Innovation: Prozesskette statt Einzellösung

Der innovative Charakter von PUREcycle liegt in der Kombination mehrerer umweltfreundlicher Recyclingverfahren zu einem integrierten Gesamtprozess. Biohydrometallurgische Methoden, grüne Lösungsmittel, klassische hydrometallurgische Schritte sowie moderne Trennprozesse werden erstmals gezielt miteinander verknüpft. Dadurch lassen sich energie- und chemikalienintensive Prozessschritte deutlich reduzieren und kritische Rohstoffe effizient zurückgewinnen. Das entwickelte Verfahren wird abschließend im Pilotmaßstab (TRL6) demonstriert.

Das methodische Vorgehen ist in Arbeitspakete strukturiert – von der PEM-Stack-Demontage und Komponententrennung über Metallrückgewinnung bis zur Rückführung der Metalle an den Hersteller. Zusätzlich adressiert PUREcycle die Design-for-Recycling-Perspektive durch die Optimierung von Elektrodendesigns, Materialkombinationen und Beschichtungen für PEMEL. Ergänzend wird eine simulationsbasierte Lebenszyklusanalyse durchgeführt, um den ökologischen Fußabdruck des Recyclingverfahrens zu minimieren und mit der herkömmlichen Primärrohstoffgewinnung zu vergleichen. 

Ergebnisse, Partner und Nutzungspotenziale

Im Ergebnis von PUREcycle entstehen ein im Pilotmaßstab validiertes Recyclingverfahren sowie eine Pilotanlage zur Rückgewinnung kritischer Rohstoffe aus PEM-MEAs. Darüber hinaus werden standardisierte Analyseverfahren und Qualitätsleitlinien entwickelt, die eine Verwertung der recycelten Materialien in der industriellen MEA-Produktion ermöglichen.

Koordiniert wird das Projekt von der TU Bergakademie Freiberg (TUBAF) in enger Zusammenarbeit mit Industrie- und Forschungspartnern. Während die Industriepartner Materialbereitstellung, Stack-Demontage und Prozessskalierung übernehmen, entwickeln die beteiligten Forschungseinrichtungen die zugrunde liegenden Verfahren und Bewertungsmethoden. Elementarhy GmbH optimiert Elektrodendesigns. Die produzierten Stacks werden im Anschluss bei Whitecell Eisenhuth GmbH & Co. KG unter verschiedenen Betriebsbedingungen getestet und anschließend demontiert. Als Schlüsselprozess für das PEMEL-Recycling entwickelt und optimiert das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme die Membranabtrennung. Parallel dazu erforscht die TUBAF bio-, sowie pyro/hydrometallurgische Verfahren zur Rückgewinnung kritischer Rohstoffe. Abschließend optimiert MEAB Chemie Technik GmbH die Lösungsmittelextraktion zur hochreinen Metallrückgewinnung. Die recycelten Materialien werden anschließend in den Materialkreislauf zurückgeführt, um neue PEM-Zellen herzustellen.

Die Ergebnisse richten sich an Hersteller von Elektrolyseuren, Recyclingunternehmen und die Wasserstoffindustrie und sind auch auf andere Produkte wie Batterien, Katalysatoren oder Elektroschrott übertragbar.