Die »Membrane Electrode Assembly (MEA)« ist das zentrale Funktionselement der PEM-Elektrolyse: In ihr erfolgt die elektrochemische Wasserspaltung unter Einsatz erneuerbarer elektrischer Energie zur Erzeugung von grünem Wasserstoff. Gleichzeitig ist die Herstellung des Elektroden- und Membranverbundes mit dem Einsatz kritischer und kostenintensiver Rohstoffe wie Iridium, Platin und Titan verbunden. Wie diese Materialien am Ende des MEA-Lebenszyklus im Kreis geführt werden können, beschäftigt Forschende im Projekt »CircuPEM – Circular Economy für die PEM-Elektrolyse«.

Bei »CircuPEM« arbeitet das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT mit der Ruhr-Universität Bochum (Projektleitung), dem Heinz Nixdorf Institut, der Heraeus Precious Metals GmbH & Co. KG und Direct Matter zusammen. Entstehen soll ein Konzept, mit dessen Hilfe die kritischen Rohstoffe idealerweise vollständig wiederverwendet werden. Die konkreten Ziele:

• Entwicklung eines zirkulären Produkt- und Prozessdesigns für die Kernkomponenten des Elektroden- und Membranverbundes
• Gestaltung eines digitalen Produktpasses, der die Kollaboration der relevanten Akteure im Werkschöpfungssystem über den Produktlebenszyklus erleichtert
• Erarbeitung eines zirkulären Geschäftsmodells, das die ökologischen und ökonomischen Parameter für die Akteure des Wertschöpfungssystems in Einklang bringt

Fraunhofer UMSICHT ist mit mehreren Arbeitspaketen am Projekt beteiligt. »Einer unserer Schwerpunkte ist dabei die Ökobilanzierung«, erklärt Dr. Daniel Maga aus der Abteilung Sustainability Management and Participation. »Wir analysieren die zirkuläre MEA für Elektrolyseure gemäß ISO 14040/44 und führen eine Wirkungsanalyse mit Fokus auf Klimaschutz durch – insbesondere mit Blick auf Treibhausgasemissionen.«

Grundlage für diese Bewertungen ist ein umfassendes Verständnis der MEA. »Als Abteilung, die selbst Membran-Elektroden-Einheiten entwickelt und fertigt, wissen wir genau, welche Materialien in welcher Schicht zusammenwirken und welche Anforderungen jede Komponente erfüllen muss«, sagt Dr. Mathias Smialkowski aus der Abteilung Power-to-Chemicals. »Dieses Fertigungs-Know-how ist entscheidend, um bereits beim Design Recyclingpfade mitzudenken und die Rückgewinnung kritischer Rohstoffe wie Iridium und Platin von Anfang an zu ermöglichen.«

Darüber hinaus wirken die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der Konzeption des Produktpasses mit. Dazu definieren sie, welche Informationen zum Elektrolyseur und seinen Komponenten über den gesamten Lebenszyklus hinweg erfasst und nutzbar gemacht werden. »Auf dieser Basis entsteht eine Systemarchitektur, die die sichere Speicherung, Verarbeitung und Weitergabe der Daten entlang des gesamten Wertschöpfungssystems ermöglicht«, so Martin Distelhoff aus der Abteilung Digital Prozess Integration.

Ein zentrales Element ist ein Konzept zur Sicherstellung der Datenintegrität sowie zum Schutz sensibler Informationen. Ziel ist es, geeignete Technologien – etwa Cloud-Plattformen, Blockchain-Lösungen und IoT-Anbindungen – so zu verknüpfen, dass der digitale Produktpass zuverlässig funktioniert. Ergänzend analysiert das UMSICHT-Team die relevanten physischen und digitalen Schnittstellen, über die Produkt- und Nutzungsdaten erfasst, übertragen und im Lebenszyklusmanagement verknüpft werden können. Der digitale Produktpass schafft damit die zentrale Informationsbasis für Transparenz, Rückverfolgbarkeit und die Umsetzung geschlossener Stoffkreisläufe für die eingesetzten Materialien.

Förderung
Das Projekt »CircuPEM – Circular Economy für die PEM-Elektrolyse« wird seit Anfang 2026 vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) im Rahmen des Innovationswettbewerbs »GreenEconomy.IN.NRW« mit rund 2,9 Millionen Euro gefördert. Damit unterstützen das Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen und die Europäische Union Projekte aus der Region, um eine nachhaltige Transformation zu gestalten. Der Förderzeitraum umfasst drei Jahre.