Plattform zur Beschleunigung der Transformation für die Wasserspaltung
The TAP Water project (Transformation Acceleration Platform for Water Splitting) introduces the idea of an innovative, modular, and automated laboratory infrastructure to accelerate the development and commercialization of catalytic materials for sustainable hydrogen production. TAP Water will support the decarbonization and sustainability of industries by advancing the whole development process chain for water splitting technologies.
The platform incorporates interconnected modules for material deposition, characterization, and in-operando electrolyzer testing to streamline the transition from laboratory-scale experiments to market-ready technology. By employing techniques such as combinatorial Physical Vapor Deposition (PVD), high-throughput characterization and AI-driven analytics, the TAP enhances resource efficiency, reduces testing times, and facilitates scalability. Additionally, the design of a dedicated high-throughput electrolysis module with in-line analytics enables rapid evaluation of catalyst performance and stability, supporting efficient, sustainable hydrogen solutions for large-scale adoption. This approach aligns with Austria’s climate-neutrality targets and industry transformation goals, aiming to reduce dependency on critical raw materials while promoting resource efficiency and operational flexibility.
Through a detailed sustainability and market impact assessment, TAP Water aims to evaluate the viability and potential of the proposed infrastructure. The platform will be a unique endeavor, promoting Austria’s role as a center for cutting-edge research and industry innovations and potentially serving as a blueprint for future automated laboratories and manufacturing environments.
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.
