Grüner Wasserstoff hat ein PFAS-Problem – dieses EU-Projekt soll es lösen
Ohne giftige Ewigkeitschemikalien keine PEM-Elektrolyse – und damit oft kein grüner Wasserstoff. Ein EU-Projekt will das ändern.
Der 54-MW-PEM-Elektrolyseur von BASF in Ludwigshafen ist derzeit der größte seiner Art in Deutschland. Seine Membranen enthalten PFAS.
Foto: picture alliance/dpa | Lando Hass
Grüner Wasserstoff soll die Industrie klimafreundlich machen. Doch ausgerechnet bei seiner Herstellung kommen oft Stoffe zum Einsatz, die die Umwelt dauerhaft belasten: sogenannte PFAS, auch bekannt als Ewigkeitschemikalien.
Sie stecken nicht nur in Bratpfannen und Outdoor-Jacken, sondern sind auch ein Kernbestandteil von PEM-Elektrolyseuren, jenen Anlagen, mit denen sich grüner Wasserstoff besonders effizient herstellen lassen soll. Die EU plant aber ein weitreichendes PFAS-Verbot. Für die grüne Wasserstoffwirtschaft könnte das ein Riesenproblem werden. Es sei denn, Projekte wie SUPREME haben Erfolg.
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Warum die Membran das Problem ist
Bei der PEM-Elektrolyse wird Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Die eigentliche chemische Reaktion findet dabei an einer hauchdünnen Membran statt, die nur H+-Protonen durchlässt. Damit trennt sie Wasserstoff von Sauerstoff.
Bislang bestehen diese Membranen aus PFAS-haltigen Materialien, weil diese chemisch extrem stabil und langlebig sind. Doch diese Langlebigkeit ist zugleich ein Umweltproblem: PFAS bauen sich in der Natur praktisch nicht ab. Sie reichern sich in Böden, Gewässern und sogar im menschlichen Blut an. Die EU-Kommission arbeitet deshalb an einem umfassenden Verbot, das auch die Wasserstoffindustrie treffen würde. Ohne Alternative zur bisherigen Membran stünde die PEM-Elektrolyse vor dem Aus.
Laut der dena‑Datenbank (Stand Oktober 2025) sind in Deutschland rund 185 MW Elektrolyseleistung insgesamt in Betrieb, weitere rund 1.100 MW befinden sich im Bau. Wie viele davon genau PEM nutzen, ist nicht aufgeschlüsselt, doch Experten schätzen, dass es der Großteil davon sein dürfte. So gut wie alle größeren Elektrolyseure in Deutschland nutzen heute PEM-Technologie, ob bei Air Liquide in Oberhausen oder BASF in Ludwigshafen. Do
SUPREME: Günstige Membran ohne Gift
Die Hoffnungen (nicht nur) der Elektrolyseurbetreiber ruhen daher auf Projekten wie dem Anfang des Jahres gestarteten EU-Vorhaben SUPREME. Unter der Leitung der Universität Süddänemark will ein internationales Team in den kommenden drei Jahren eine neue Generation von Membranen entwickeln, die komplett ohne PFAS auskommt. Der türkische Wissenschaftsrat TÜBITAK entwickelt dafür mikroporöse Membranen aus alternativen Materialien.
Ebenfalls beteiligt ist die TU Graz. In einer Pressemitteilung vom 26. Februar informierte die Hochschule darüber, wie ein Team um Forscherin Merit Bodner in SUPREME nach PFAS-freien Materialien sucht, die schon kommerziell verfügbar sind. Dabei untersuchen die Österreicher auch, ob diese im industriellen Dauerbetrieb genauso zuverlässig funktionieren wie der bisherige Standard. Denn eine Membran, die zwar sauber, aber nach wenigen Monaten verschlissen ist, wäre keine Lösung.
Wie die PFAS-freie Membran auch Preise senken soll
Trotz ihrer hohen Verbreitung hat die PEM neben der PFAS-Verwendung ein weiteres Problem: PEM-Elektrolyseure benötigen das seltene Platinmetall Iridium, einen der teuersten Rohstoffe der Welt. Das treibt die Kosten für grünen Wasserstoff in die Höhe.
Im SUPREME-Projekt arbeiten die Universität Süddänemark und das britische Unternehmen Ceimig daran, den Iridium-Einsatz um bis zu 75 % zu reduzieren. Zusätzlich sollen rund 90 % des noch benötigten Iridiums künftig recycelt werden können. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg übernimmt die Produktion der Membran-Elektroden-Einheiten, das norwegische Unternehmen Element One Energy entwickelt einen neuartigen rotierenden Elektrolyseur.
Das Ziel der Forschenden: 1 kg grüner Wasserstoff sollte für rund 2 € herstellbar sein. Auf diesem Preisniveau könnte der Energieträger mit seinem fossilen Pendant konkurrieren.
Ein Problem, an dem viele arbeiten
SUPREME ist nicht das einzige Projekt, das PFAS aus der Elektrolyse verbannen will. Im EU-Projekt PROMISERS arbeitet ein Konsortium um den belgischen Chemiekonzern Syensqo an Membranen auf Basis von Kohlenwasserstoffen und Zellulose. Und in den Niederlanden testet die Forschungsorganisation TNO gemeinsam mit dem japanischen Materialunternehmen Teijin bereits einen Prototyp einer fluorfreien Membran im Labor.
Einen grundsätzlich anderen Weg verfolgen Forschende, die nicht die PEM-Membran ersetzen, sondern gleich auf eine andere Technologie setzen: die Anionenaustauschermembran-Elektrolyse (AEM). Sie kommt ohne PFAS aus und ermöglicht den Einsatz deutlich günstigerer Katalysatoren, etwa auf Basis von Nickel statt teurer Edelmetalle wie Iridium. In Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP) schon 2023 mit dem Zentrum für Brennstoffzellen Technik (ZBT) eine neue Klasse solcher Membranen entwickelt. Noch arbeiten die Forschenden daran, deren Leitfähigkeit zu erhöhen, um mit bestehenden Materialien konkurrieren zu können. In Deutschland ist vor allem der Hersteller Enapter aus Saerbeck bei Münster für AEM-Elektrolyseure bekannt.
Die Branche arbeitet also mit unterschiedlichen Ansätzen am gleichen Problem, von der verbesserten PEM-Membran bis zum kompletten Technologiewechsel Richtung AEM. Das ist auch nötig: Laut einer Analyse des Branchenverbands Hydrogen Europe aus dem Jahr 2023 würde ein pauschales PFAS-Verbot Investitionen von bis zu 36 Mrd. € im europäischen Wasserstoffsektor gefährden.
Was das für die Energiewende bedeutet
Wasserstoff wird schon heute in enormen Mengen in der Industrie eingesetzt, etwa für die Herstellung von Ammoniak, Methanol oder Stahl. „Wenn es uns gelingt, bei der Herstellung von grünem Wasserstoff auf schädliche Stoffe zu verzichten und ihn wirtschaftlich auf ein ähnliches Preisniveau wie fossilen Wasserstoff zu bringen, haben wir einen wichtigen Schritt zur grünen Wende gemacht“, sagt Merit Bodner von der TU Graz.
Noch sind SUPREME und die anderen Projekte in der Forschungsphase. Aber es gibt einen starken Anreiz zum Erfolg: Wenn das PFAS-Verbot kommt, braucht die Wasserstoffbranche dringend Alternativen. Die Frage ist nur, wie schnell sie kommen.
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