© Fraunhofer UMSICHT, Mike Henning (Hintergrund mit generativer KI erweitert)
Iridium, Platin, Titan und Nickel sind essenziell, um die Ausbauziele der Elektrolyse-Kapazitäten und Brennstoffzellen zu erreichen. Lieferengpässe bei diesen Materialien entwickeln sich so zur Achillesferse für eine erfolgreiche Energiewende in Deutschland und ganz Europa. Modellrechnungen für neudeutsch Net-Zero-Emissions-Szenarien identifizieren insbesondere Iridium als den kritischsten Rohstoff für die europäische Wasserstoffwirtschaft. Das chemische Element besitzt die Ordnungszahl 77 und gehört zur Gruppe der Platinmetalle. Der jährliche Bedarf könnte 2050 bis zu 164,2 % der heutigen weltweiten Minenproduktion betragen. Im Best-Case-Szenario mit technologischen Verbesserungen reduziert sich die jährliche Iridium-Nachfrage auf 9,6 %.
Der jährliche Bedarf an Nickel, Platin und Titan wird für das Jahr 2050 unterhalb der heutigen globalen Minenproduktion prognostiziert. „Neben dem jährlichen Rohstoffbedarf ist aber vor allem der kumulative Ressourcenverbrauch entscheidend“, betont Professor Ulf-Peter Apfel, Leiter der Abteilung Power-to-Chemicals am Fraunhofer Umsicht. Bis 2054 wird prognostiziert, dass allein der Ausbau von PEM-Elektrolyseuren in Europa rund 9,3 % der geschätzten weltweiten Iridium-Ressourcen beanspruchen wird. Auf Nickel entfallen 0,5 % und auf Platin 0,1 % der weltweiten Ressourcen (s. Grafiken S. 29).
Iridium ist eines der seltensten Elemente
„Schätzungen zufolge existieren weltweit insgesamt nur rund 2.000 Tonnen Iridium“, berichtet Professor Apfel. Zum Vergleich: Bei Nickel sind es 130 Millionen Tonnen. Denn Iridium werde derzeit fast ausschließlich als Nebenprodukt der Platinförderung gewonnen und sei damit unmittelbar an dessen Fördermenge gekoppelt. Bei den derzeitigen Platinpreisen sei der Abbau wirtschaftlich nicht tragfähig und Minen werden bereits mit Verlust betrieben. Für Iridium werden daher Lieferengpässe bis hin zu strukturellen Versorgungsengpässen als wahrscheinlich angesehen; aber auch für Platin besteht ein Risiko zukünftiger Engpässe im Gesamtsystem.
Insbesondere mit Blick auf einen Ausbau der PEM-Elektrolyse-Kapazitäten für die Erzeugung von grünem Wasserstoff wird davon ausgegangen, dass die Nachfrage nach Iridium bis 2045 bei bis zu 1.250 % der Bergwerkproduktion von 2023 liegen wird. Zu diesem Ergebnis kommt die Studie Rohstoffe für Zukunftstechnologien 2026, die von der Deutschen Rohstoffagentur in Auftrag gegeben wurde. Es bedarf also intensiver Anstrengungen für eine möglichst lange Nutzung der PEM-Elektrolyseure sowie ein effizientes Recycling der enthaltenen Rohstoffe, um Lieferengpässe zu vermeiden.
Unter den Rohstoffen sind bei der alkalischen Elektrolyse vor allem Nickel und Zirkonium kritisch. Bei PEM-Brennstoffzellen ist es hauptsächlich Platin, und bei der PEM-Elektrolyse kommt neben Iridium zusätzlich Titan hinzu. Bei Festoxid-Elektrolyseuren und -Brennstoffzellen sind Nickel, Zirkonium, Strontium und die seltenen Erden Yttrium und Lanthan besonders kritisch.
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Welche Komponenten werden zurückgewonnen?
Da die PEM-Technologie den höchsten Reifegrad aufweist, entstehen die ersten industriellen Recyclingprozesse für diese Technologie. „Dabei konzentriert sich das Recycling auf die wertvollsten Stack-Komponenten. Im Fall der PEM-Elektrolyse entfallen rund 48 % der Stackkosten auf die Edelmetallkatalysatoren Iridium und Platin, während Titan 32 % der Kosten ausmacht“, erklärt Apfel.
Industrielle Recycler wie Heraeus Precious Metals und Umicore nehmen bereits komplette Stacks, Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) und Produktionsabfälle zur Edelmetallrückgewinnung an. Heraeus bietet ein hydrometallurgisches Verfahren an, bei dem Platin, Iridium, Ruthenium und Palladium chemisch gelöst und anschließend voneinander getrennt zu hochreinen Edelmetallen raffiniert werden. Umicore setzt auf das Recycling von Brennstoffzellen-Stacks mittels Pyrometallurgie. Dabei werden die edelmetallhaltigen Komponenten eingeschmolzen und anschließend raffiniert.
Warum wird nicht mehr wiederverwertet?
Es gibt derzeit mehrere Herausforderungen, die einem effizienten Recycling entgegenstehen. „Ein grundlegendes Problem ist, dass die Stacks bisher primär für Leistung und Effizienz und nicht für eine einfache Demontage und Recyclingfähigkeit konstruiert werden“, weiß Dr. Kevinjeorjios Pellumbi, Senior Scientist am Fraunhofer Umsicht. Dadurch sei eben gerade die Demontage der verpressten Stackstrukturen aufwendig; zahlreiche Einzelzellen, Dichtungen, Bipolarplatten und MEAs müssen getrennt werden.
„Korrosion und Ablagerungen durch den Betrieb erschweren eine zerstörungsarme Zerlegung zusätzlich“, veranschaulicht der Wissenschaftler. Außerdem stellt der Materialverbund der MEA eine zentrale Herausforderung dar. Im Fall der PEM-Elektrolyse etwa seien Iridium- und Platinkatalysatoren fest mit der Nafion-Membran verbunden. Das ist ein Problem. Hydro- und pyrometallurgische Verfahren seien auf die Rückgewinnung der Edelmetalle ausgelegt und zerstören die Nafion-Membran. Sie sind zudem energie- und chemikalienintensiv – und somit aus Umweltsicht nachteilig.
Insbesondere Fluor als Bestandteil von PEM-Brennstoffzellen und -Elektrolyseuren sei gesundheitlich und ökologisch problematisch, erklärt Pellumbi. Eine schonendere Trennung bei gleichzeitigem Erhalt der Membran wäre daher wünschenswert, erfordert jedoch zusätzliche technische Entwicklungen. „Schließlich handelt es sich bei der derzeitigen Edelmetallrückgewinnung überwiegend um Rohstoffrecycling, d. h. der Stack wird zunächst chemisch oder thermisch aufgeschlossen und die Edelmetalle anschließend ähnlich wie aus einem Erz raffiniert.“ Eine direkte Rückführung in neue Katalysatoren und damit ein echtes Closed-Loop-Recycling sei damit nicht gegeben.
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Recyclingströme meist aus Abfällen
Die Wasserstoffwirtschaft hat den End-of-Life-Punkt bislang also noch nicht erreicht. Die Systeme sind laut Pellumbi noch in Betrieb oder werden erst noch entwickelt und hochskaliert. Die heutigen Recyclingströme stammen daher überwiegend aus Produktionsabfällen, Ausschussteilen sowie defekten Stacks. Werden diese nicht industriellen Prozessen zur Rückgewinnung der Edelmetalle zugeführt, können sie stattdessen als Ausgangsmaterialien für Forschungsprojekte genutzt werden, die zukünftige Kreislaufkonzepte untersuchen.
Einen Grundstein für den Aufbau der deutschen Wasserstoffwirtschaft legten die BMBF-Wasserstoff-Leitprojekte. Mit dem Recyclingprojekt ReNaRe wurden in H2Giga schon Fragen der Recyclingfähigkeit aufgegriffen. Aktuelle Forschungsprojekte, an denen auch das Fraunhofer Umsicht beteiligt ist, setzen einen klaren Schwerpunkt auf Recycling und Kreislaufführung: CircuPEM entwickelt ein ganzheitliches Konzept für zirkuläres Produkt- und Prozessdesign in der PEM-Elektrolyse, während RoboCircEL eine automatisierte Demontage und chemisches Recycling von End-of-Life-PEM-Elektrolyseuren realisiert.
Ziel von RoboCircEL ist die vollständige Kreislaufführung der Materialien aus End-of-Life-PEM-Elektrolysestacks. Dafür werden maßgeschneiderte Recyclingverfahren gezielt an unterschiedliche Degradationszustände der Stacks angepasst und chemische Trennprozesse mit möglichst milden, umweltverträglichen Lösungsmitteln untersucht. Auf aggressive Säuren oder thermische Zersetzung soll möglichst verzichtet werden, um Umweltbelastungen zu reduzieren und neben den Edelmetallen auch weitere Materialien wie die Membran zurückzugewinnen.
PEM Circle arbeitet mit digitalem Zwilling
Zumindest wird bereits intensiv am Thema Recycling gearbeitet. Im März 2026 kamen die Partner zum Start des Forschungsprojekts PEM Circle beim Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart zusammen. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert. Gemeinsam mit dem DLR gilt es, digitale Lösungen zu entwickeln, um PEM‑Elektrolyse‑Stacks über ihren gesamten Lebenszyklus zirkulärer zu nutzen – von Reparatur über Remanufacturing bis hin zu Recycling. Inhaltlich werden eine komponentengenaue Sensorik, ein Prognose‑Tool zur Restlebensdauer und digitale Zwillinge mit ökologischen und ökonomischen Bewertungsansätzen verbunden. Die Forscher wollen datenbasierte Entscheidungen für die Kreislaufwirtschaft ermöglichen und somit kritische Rohstoffe wie Iridium und Platin im Kreislauf halten. Es gilt die alte Floskel: Besser Iridium, Platin, Titan und Nickel haben als brauchen. Anfang 2029 soll der Abschlussbericht von PEM Circle vorliegen.
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Demontageprozesse meist Handarbeit
Aktuell gebe es nur wenige zum Recycling anstehende Elektrolyseure, weiß auch Dr. Ludwig Jörissen, Leiter der Brennstoffzellen-Forschung am ZSW in Ulm. Zudem seien die Ausführungsformen noch sehr unterschiedlich. „Entsprechend sind Demontageprozesse und das Trennen von Verbünden überwiegend durch Handarbeit geprägt und entsprechend aufwendig.“
Eine pauschale Antwort auf die Frage, was heute mit gebrauchten Elektrolyseuren geschieht, ist schwer möglich. „Hochwertige Komponenten wie Edelmetalle oder metallische Strukturwerkstoffe können nach Demontage in die regulären Recyclingverfahren eingebracht werden. Polymere werden in der Regel thermisch verwertet“, erklärt der ZSW-Forscher.
Neben der rein thermischen Verwertung von Kunststoffabfällen aus der Elektrolyseindustrie, zum Beispiel Zellrahmen aus den Elektrolysestacks, befinden sich auch Verfahren für das Rohstoff-Recycling in der Entwicklung. Ein Beispiel hierfür ist das BMWE-geförderte Forschungsprojekt CarbonCycle, in dem das ZSW gemeinsam mit Industriepartnern einen Pyrolyseprozess entwickelt, mit dem es zukünftig möglich sein wird, Kunststoffabfälle in hochwertige Kohlenstoffmaterialien zu überführen, die beispielsweise zur Herstellung von Lithium- oder Natrium-Ionen-Batterien genutzt werden können. Jörissen: „Auf diese Weise können auch Importabhängigkeiten bspw. von Graphit aus China reduziert werden.“ Das würde immerhin eine Achillesferse weniger bedeuten.
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Der Rohstoffbedarf für Elektrolyse und stationäre Brennstoffzellen könnte bis 2045 die weltweite Produktion einzelner Metalle um ein Vielfaches übersteigen. Das zeigt eine aktualisierte Studie der Deutschen Rohstoffagentur (DERA). Besonders betroffen: Iridium, Scandium und Platin.