Plattform zur Beschleunigung der Transformation für die Wasserspaltung
Das Projekt TAP Water erarbeitet die Idee einer innovativen, modularen und automatisierten Laborinfrastruktur, um die Entwicklung und Kommerzialisierung von katalytischen Materialien für die nachhaltige Wasserstoffproduktion zu beschleunigen. In dieser Sondierung wird ein Konzept erstellt, wie TAP Water die gesamte Entwicklungsprozesskette für Wasserspaltungstechnologien vorantreiben und damit die Dekarbonisierung und Nachhaltigkeit der Industrie unterstützen kann.
Die Plattform umfasst miteinander verbundene Module für Materialabscheidung, Charakterisierung und In-Operando-Elektrolyseur-Tests, um den Übergang von Experimenten im Labormaßstab zur marktreifen Technologie zu beschleunigen. Durch den Einsatz von Techniken wie der kombinatorischen physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), der Hochdurchsatzcharakterisierung und der KI-gesteuerten Analytik verbessert die TAP die Ressourceneffizienz, verkürzt die Testzeiten und erleichtert die Skalierbarkeit. Darüber hinaus ermöglicht das Design eines speziellen Hochdurchsatz-Elektrolysemoduls mit Inline-Analytik eine rasche Bewertung der Katalysatorleistung und -stabilität und unterstützt so effiziente, nachhaltige Wasserstofflösungen für den großtechnischen Einsatz. Dieser Ansatz soll die Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen verringern und gleichzeitig die Ressourceneffizienz und betriebliche Flexibilität fördern.
Durch eine detaillierte Nachhaltigkeits- und Marktverträglichkeitsprüfung will TAP Water die Realisierbarkeit und das Potenzial der vorgeschlagenen Infrastruktur bewerten. Die Plattform wird ein einzigartiges Unterfangen sein, das Österreich als Zentrum für Spitzenforschung und Industrieinnovationen fördert und potenziell als Blaupause für künftige automatisierte Labors und Produktionsumgebungen dienen kann.
Projektziele
Ziel von TAP Water ist es, die Machbarkeit der Einrichtung einer automatisierten, modularen Laborplattform zu bewerten, um den Prozess der Entdeckung neuer Materialien und deren Anwendung zur Wasserspaltung zu beschleunigen.
Dies umfasst:
(a) die Entwicklung eines tragfähigen Designs einer flexiblen, modularen TAP-Infrastruktur, die Hochdurchsatz-Materialabscheidung, -charakterisierung und Elektrolysezellen-Tests nahtlos in einer einheitlichen Plattform integriert, sowie die Bewertung der Anforderungen an die technischen Komponenten und deren Kosten, einschließlich der automatisierten Steuerung und Integration von maschinellem Lernen.
(b) die Bewertung des Potenzials des Systems, die Transformation neuer Materialien zur Wasserspaltung von der Forschung bis zur industriellen Anwendung zu beschleunigen, indem die Skalierbarkeit der Plattform auf erforderliche Probengrößen, den technologischen Reifegrad (TRL) und die Marktbedarfe definiert wird.
(c) die Entwicklung von Strategien zur signifikanten Verkürzung der Prüfzeiten für Katalysatorleistung und -stabilität auf unter 8 Stunden durch ein Hochdurchsatz-Elektrolysemodul mit integrierter Analytik, um die Entwicklung nachhaltiger Wasserstoffproduktionssysteme zu beschleunigen.
(d) die Quantifizierung, inwieweit die Plattform den Ressourceneinsatz optimiert, indem Material-, Energie- und Zeitaufwand reduziert werden, während gleichzeitig die Interoperabilität der Technologien gewährleistet wird.
(e) die Identifizierung vielversprechender Partnerschaften mit der Industrie zum Wissens- und Technologietransfer sowie die Bewertung der langfristigen Auswirkungen der Plattform auf die Technologieinnovation und Klimaneutralitätsstrategien Österreichs.
Projektergbenisse
Das Projekt TAP Water zeigte die Machbarkeit und den Nutzen einer automatisierten, modularen Laborplattform zur Beschleunigung der Materialentwicklung und -implementierung für Wasserspaltungstechnologien. Ein zentrales Ergebnis ist das skalierbare Plattformdesign, das Hochdurchsatz-Abscheidung, -Charakterisierung und -Elektrolysetests in einem einheitlichen automatisierten Workflow integriert und drei modulare Ausbaustufen („Core“, „Full“ und „Maxi“) umfasst.
Das Projekt identifizierte vielversprechende Konzepte für Hochdurchsatz-Elektrolysetests, darunter parallelisierte Teststände sowie punktweise Tests kombinatorischer Proben, und adressierte damit einen wesentlichen Engpass bei der Bewertung katalytischer Materialien. Die ermittelten Beschleunigungsfaktoren lagen zwischen 4,2 und 122 im Vergleich zu manuellen Experimenten; insbesondere die Entwicklung von Elektrolyseurmaterialien könnte durch autonome und parallele Prozesse um bis zu den Faktor 29 beschleunigt werden.
Zudem zeigte sich, dass Automatisierung den Energieverbrauch, die CO₂-Äquivalent-Emissionen und den Arbeitsaufwand pro Experiment deutlich reduzieren kann. Eine Marktanalyse unterstrich die Dringlichkeit dieser Beschleunigung angesichts des erwarteten Ausbaus der Elektrolyseurkapazitäten in Österreich auf über 500 MW und potenziell 1 GW bis 2030. Insgesamt bestätigt das Projekt, dass automatisierte Hochdurchsatzplattformen entscheidend für schnellere, effizientere Innovationszyklen im Bereich grüner Wasserstoff- und klimaneutraler Technologien sind.
Förderung
Dieses Projekt wird im Rahmen der RTI Initiative for Transforming Industry 2024 aus mitteln des Klima und Energie Fonds gefördert.
