Modellierung und Bewertung

Abb.1: Aspekte der Nachhaltigkeit und Leistung als Optimierungskriterien für die OER-Katalysatorentwicklung.
Abb.2: Allgemeiner Aufbau des Modellsystems für die Multi-Property-Auswertung. Die Datenhierarchie pro Geräteprozess ist hervorgehoben. Links: Beispiele von beschichteten Nanostrukturen als OER-Katalysatoren.
Abb.2: Allgemeiner Aufbau des Modellsystems für die Multi-Property-Auswertung. Die Datenhierarchie pro Geräteprozess ist hervorgehoben. Links: Beispiele von beschichteten Nanostrukturen als OER-Katalysatoren.

Die Anforderungen an neue Wasserstofftechnologien sind vielfältig und werden sich zukünftig verschärfen

Diese sind:

  • Sicherheit
  • Wirtschaftlichkeit
  • Umweltschutz und Ressourceneffizienz
  • Technische Praktikabilität & Performance

Für die Entwicklung neuer Materialien sowie den Betrieb von Erzeugungsanlagen und Anwendungen ist es daher notwendig, dass von Anfang an alle relevanten Kriterien beachtet werden. Nur dann können Technologien bestehen und in großem Maßstab in die Praxis überführt werden. Dabei sind Aspekte der Nachhaltigkeit genauso relevant wie solche der technischen Leistungsfähigkeit. Einen Kriterienkatalog für die Entwicklung neuer Katalysatoren für die elektrochemische Wasserstoffelektrolyse (OER: Oxygen Evoluation Reaction) wurde am Fraunhofer IWKS in Zusammenarbeit mit der Max-Planck-Gesellschaft entwickelt  (Abbildung 1).[1]

Die Komplexität der Eigenschaften und Prozesse macht den Einsatz von digitalen Modellen notwendig. Diese erlauben es nicht nur, einzelne Prozesse sowie ein Gesamtsystem von Material- und Produktlebenszyklen ganzheitlich zu verbessern, sondern auch bislang unbekannte physikalische Zusammenhänge aufzudecken und Produkte dadurch besser zu verstehen. 

Mit der MPPM-Methode [1] lassen sich unterschiedliche Prozesstypen miteinander vergleichen und die besten Alternativen für Produktion, Betrieb und Recycling von wertvollen Funktionsmaterialien ausfindig machen (Abbildung 2).

[1] 
Klemenz, S., Stegmüller, A., Yoon, S., Felser, C., Tüysüz, H. and Weidenkaff, A. (2021), Holistic View on Materials Development: Water Electrolysis as a Case Study. Angew. Chem. Int. Ed.. https://doi.org/10.1002/anie.202105324