Materiallösungen für Wasserstoffanwendungen: Schaumstoffe, Folien und Klebebänder mit Hochleistungsanspruch
Ohne Zweifel hat Wasserstoff, der als eines der häufigsten Elemente im Universum gilt, enormes Potenzial, die Zukunft der nachhaltigen Energie zu verändern. Im Streben nach Dekarbonisierung entwickelt er sich zu einem entscheidenden Akteur, der eine kostengünstige Energiequelle für Wohngebiete, die chemische und verarbeitende Industrie sowie Mobilitätsanwendungen in Schwerlastfahrzeugen bieten kann.
Laut Berichten wird der globale Wasserstoffmarkt zwischen 2025 und 2050 voraussichtlich mit einer jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 7,88 % wachsen, während die Marktbewertung bis 2050 auf 1.657,24 Milliarden US-Dollar geschätzt wird.
In dieser neuen Ära der Energieinnovation bieten Wasserstoffelektrolyseure (die Elektrizität nutzen, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten) und Brennstoffzellen (die Wasserstoff durch Reaktion mit Sauerstoff nutzen, um Elektrizität zu erzeugen) eine saubere und flexible Möglichkeit, erneuerbare Energiequellen zu nutzen und zu speichern.
Ob durch Brennstoffzellen oder Elektrolyseure – Wasserstoff wird zweifellos die Energiespeicherung, den Transport und industrielle Anwendungen revolutionieren.
Doch während wir auf eine breitere Nutzung wasserstoffbetriebener Anwendungen hinarbeiten, ist es leicht, eine entscheidende Komponente zu übersehen – die Materialien, die im Hintergrund arbeiten.
Von spezialisierten Klebebändern bis hin zu fortschrittlichen Folien spielen Materialien eine entscheidende Rolle bei der Sicherstellung von Effizienz, Sicherheit und Haltbarkeit in Wasserstoffanwendungen.
Mit einem zukunftsorientierten Ansatz haben wir uns mit Maggie Ezell, Business Development Managerin für Nordamerika, zusammengesetzt, um zu erkunden, wie die Materialexperten von Saint-Gobain® Tape Solutions Unternehmen im Wasserstoffsektor dabei unterstützen können, die notwendige Materialinnovation voranzutreiben, um die Wasserstofftechnologie weiterzuentwickeln.
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Kannst Du bitte den Unterschied zwischen Elektrolyseuren und Brennstoffzellen einfach erklären?
Ja, ganz einfach — Elektrolyseure erzeugen Wasserstoff. Dieser Wasserstoff kann dann in eine Brennstoffzelle eingespeist werden, um Strom zu erzeugen und eine Vielzahl von Systemen zu betreiben.
Ein Elektrolyseur nimmt Wasser und spaltet es durch das Anlegen eines elektrischen Stroms in Wasserstoff und Sauerstoff. Der Wasserstoff wird dann gesammelt, um in anderen Systemen verwendet zu werden. Brennstoffzellen nehmen Wasserstoff und spalten ihn durch eine chemische Reaktion in ein Elektron und ein Proton. Die Elektronen werden durch einen externen Stromkreis transportiert, wodurch ein Stromfluss erzeugt wird, der Systeme antreibt.
Es gibt verschiedene Arten von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen, die alle leicht unterschiedlich funktionieren können; jedoch ist die PEM-Technologie (Polymer-Elektrolyt-Membran) derzeit die am häufigsten verwendete Technologie.
Was ist die MEA oder die Membran-Elektroden-Einheit?
Die MEA ist die Membran-Elektroden-Einheit und könnte als das Herz der PEM-Brennstoffzelle und der Elektrolyseure betrachtet werden. Wenn wir uns einen typischen Brennstoffzellenstapel ansehen, sehen wir, dass er im Allgemeinen etwa 50–200 MEA-Schichten umfasst.
Die Protonenaustauschmembran (PEM) ist von einer Kathoden- und Anodenkatalysatorschicht umschlossen, wodurch die katalysatorbeschichtete Membran (CCM) entsteht. Die CCM wird dann zusammen mit Dichtungen und Gasdiffusionsschichten geschichtet, um die MEA zu bilden, die benötigt wird, damit die Brennstoffzelle chemische Energie in elektrische Energie umwandeln kann.
Wenn wir die Nutzung von Brennstoffzellen betrachten, welche sind einige der häufigsten Anwendungen und Einsatzszenarien?
Brennstoffzellenanwendungen können sich über die gesamte Wertschöpfungskette erstrecken. Sie können in stationären Energieanwendungen eingesetzt werden, als Notstromversorgung für Rechenzentren, Kommunikationstürme und Gewerbegebäude. Sie können in Mobilitätsanwendungen wie Bussen, Lastwagen, Transportern oder sogar zur Energieversorgung von Booten, Flugzeugen oder U-Booten verwendet werden.
Wenn wir die Rolle von Schaumstoff-, Folien- und Klebebandlösungen für spezifische Wasserstoffanwendungen betrachten, könnten Sie aufschlüsseln, wo Kunden Chancen für unsere Materiallösungen finden?
Das ist eine ziemlich komplexe Frage, und ich werde sie in Teilen beantworten.
Zunächst einmal, während Kunden unsere Teams oft mit spezifischen Materialanforderungen wie Release‑Liner‑Materialien für Etiketten ansprechen, zeigen erste Gespräche häufig andere geeignete Anwendungen für unsere Materialien auf, die sonst möglicherweise nicht berücksichtigt worden wären. Die meisten Kunden haben ihre eigenen Methoden, ihre eigenen Designs und ihre eigenen Prozesse, und deshalb sind erste explorative Gespräche mit unserem Team entscheidend. Wir können entweder eine bestehende Lösung vorschlagen oder gemeinsam etwas völlig Neues entwickeln.
Lassen Sie uns das ein wenig genauer aufschlüsseln.
Elektrolyseure wie PEM (Protonenaustauschmembran) benötigen Materialien, die hohen Druck- und Feuchtigkeitsumgebungen standhalten können. Materialien wie Dichtungsbänder, Dichtungen oder Schutzfolien können helfen, eine schützende Abdichtung zu gewährleisten. Unsere Norgard®-Produkte verfügen über hohe Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit. Dies sind wichtige Aspekte, wenn es darum geht, Schutzbarrieren innerhalb der Elektrolyseursysteme sicherzustellen, die herausfordernden Bedingungen wie häufigem Chemikalienkontakt, erhöhtem Druck und hohen Drücken ausgesetzt sind.
Wenn wir Brennstoffzellen betrachten, können viele Materialien aus unserer Norgard-Produktlinie als Dichtungen oder Unterdichtungen innerhalb der MEA verwendet werden. Zum Beispiel werden Produkte wie geschältes PTFE oft als bevorzugte Option für flache Dichtungsanwendungen betrachtet. Allerdings waren auch Produkte wie ETFE, Polyimid und PEN (Polyethylennaphthalat-Druckempfindliches Klebeband) erfolgreich. Bei Dichtungen und Unterdichtungen suchen Kunden Materialien mit guter Chemikalienbeständigkeit, hohen Betriebstemperaturen, hoher mechanischer Festigkeit und hervorragender Druckfestigkeit.
Im Hinblick auf die Herstellung des CCM sind Abziehfolien für den Transfer sehr wichtig, um Katalysatormaterialien in Membran-Elektroden-Baugruppen (MEAs) zu schichten. In diesen Anwendungen suchen Kunden Produkte, die eine hohe Ablösbarkeit für Abziehsubstrate und glatte, gleichmäßige Oberflächen bieten. ETFE, PFA oder T500 sind oft die bevorzugten Kandidaten, um als Verarbeitungshilfe bei der Herstellung der katalysatorbeschichteten Membranen zu dienen. Wir bieten auch mehrere Optionen für Materialien, die als Kompressionspads während der Heißpresslaminierung der MEA verwendet werden können.
Was sind einige der aktuellen Herausforderungen bei der Suche nach den richtigen Wasserstoffmaterialien?
Ohne Zweifel gehen Herausforderungen mit immensem Potenzial einher. Wir sind bereit, gemeinsam mit unseren Kunden an Themen wie Skalierbarkeit, Kosteneffizienz sowie Materialhaltbarkeit und -kompatibilität zu arbeiten. Während wir die oben genannten Materialien bereits heute anbieten können, freuen wir uns auch auf die nächste Generation von Materialien und Designs, die bereit sind, die Herausforderungen der sich entwickelnden Wasserstofflandschaft zu meistern.
Albert Einstein sagte einmal: „Das Wichtigste ist, nicht aufzuhören zu fragen. Neugier hat ihren eigenen Daseinsgrund.“ Während die Wasserstoffwirtschaft weiterhin wächst und sich entwickelt, ist es wichtiger denn je, innovative Materiallösungen zu erforschen, die die nächste Generation von sauberer Energietechnologie definieren können. Durch das Testen von Materialien, die gemeinsame Entwicklung neuer Innovationen und die Zusammenarbeit mit Materialexperten sind die Möglichkeiten grenzenlos.
Ob es darum geht, die richtigen Folien für elektrische Isolierung zu identifizieren oder robuste Klebstoffe für die Abdichtung von Wasserstoffkomponenten zu entwickeln – unsere Teams sind bereit, Ihnen zu helfen, Neugier in Lösungen zu verwandeln und nach vorne zu blicken. Kontaktieren Sie uns noch heute, um zu erkunden, wie Tape Solutions genau das sein könnte, was Sie brauchen, um Ihre Wasserstoffprojekte voranzutreiben!