Flasche zur Probennahme unter einem Pkw

PARZELL – Qualitative und quantitative PFAS-Analyse im Elektrolyse- und Brennstoff­zellen-Betrieb

Der Aufbau einer klimaneutralen Wasserstoffwirtschaft bringt neben technologischen Chancen auch neue Umweltfragen mit sich. Deshalb werden im Projekt PAZELL die PFAS-Emissionen von PEM-Elektrolyse- und PEM-Brennstoffzellensystemen genau untersucht.

Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) haben herausragende Materialeigenschaften, die in vielen Anwendungen geschätzt werden. Wegen ihrer hohen Persistenz, möglicher Umweltakkumulation und gesundheitlicher Risiken geraten sie aber zunehmend in den Fokus regulatorischer Diskussionen.

PFAS-haltige Materialien, insbesondere ionenleitfähige Ionomere und Membranen, sind bislang zentrale Bestandteile verschiedener Wasserstofftechnologien wie bestimmter Elektrolyse- und Brennstoffzellen. Bisher ist wenig darüber bekannt, in welchem Maß PFAS-Verbindungen aus Wasserstoffsystemen in die Umwelt gelangen. Das jetzt gestartete Projekt PARZELL will diese Wissenslücke schließen.

Realitätsnahe Untersuchung von PFAS-Emissionen

Im Forschungsprojekt PARZELL untersuchen wir die Freisetzung von PFAS aus Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) von Protonenaustauschmembran-Elektrolyseuren (PEMWE) und Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC). Ziel ist es, PFAS-Emissionen unter realitätsnahen Betriebsbedingungen systematisch zu messen, zu bewerten und perspektivisch zu reduzieren. Dafür entwickeln wir gemeinsam mit unseren Projektpartnern belastbare Methoden zur Probenahme und zur Analyse von PFAS-Emissionen im Labormaßstab. Mit diesen Methoden testen wir kommerzielle und selbst hergestellte MEAs.

Für eine hohe Aussagekraft der Ergebnisse legen wir bei den Untersuchungen einen Schwerpunkt auf dynamischen Lastprofile unter realitätsnahen Bedingungen. Für PEMWE orientieren sich diese an der schwankenden Verfügbarkeit von Strom aus Wind- und Photovoltaikanlagen, für PEMFC an Fahrprofilen auf Basis des Vehicle Energy Consumption Calculation Tool (VECTO).

Untersucht werden Gas- und Flüssigphasen, um Emissionspfade und mögliche Akkumulationseffekte umfassend zu erfassen. Dafür kombiniert das Projekt speziell angepasste Probenahmeverfahren mit maßgeschneiderter Analytik.

Von der Probenahme zur Emissionsminderung

Das Probenahme-Setup wird zunächst für eine PEMWE-Zelle entwickelt und anschließend auf einen PEMFC-Teststand übertragen.

Die Projektbeteiligten entwickeln mathematische Korrelationen zwischen den Betriebsbedingungen von PEM-Elektrolyseuren und Art sowie Menge nachgewiesener PFAS. So sollen mögliche PFAS-Bruchstücke im Betrieb künftig besser vorhergesagt werden.

Die Ergebnisse schaffen eine wissenschaftlich fundierte Grundlage für Umweltbewertungen, emissionsarme Produkte und die langfristige Minimierung von PFAS-Emissionen.

Darauf aufbauend bewertet PARZELL erste Ansätze zur Reduktion oder Eliminierung nachgewiesener PFAS-Emissionen, etwa durch elektrochemische Zersetzung oder Adsorptionsverfahren. Diese Arbeiten erfolgen im Rahmen von Verwertungs- und Anwendungsoptionen (vAW) (technische Nutzung von Forschungsergebnissen) und schaffen eine Grundlage für neue technische Lösungen zur Emissionsminderung in Wasserstofftechnologien.

Blick in das Wasserstoffqualitätslabor Hy-Lab am ZBT mit zahlreichen Analysegeräten auf Tischen

Praxisnahe Forschung mit Unternehmen

Als IGF-Projekt (Industrielle Gemeinschaftsforschung) bindet PARZELL kleine und mittlere Unternehmen (KMU) aus den Bereichen MEA-Produktion, Beschichtung, Analytik und PFAS-Entfernung ein und verknüpft so Forschung und Anwendung für maximalen Impact. Das Projekt unterstützt damit die nachhaltige Weiterentwicklung der Wasserstoffwirtschaft und hilft, regulatorische Anforderungen frühzeitig zu adressieren.

Die Abbildung zeigt den Nachweis von PFAS im Produktwasser von drei Brennstoffzellenfahrzeugen (FCEV 1–3): Dargestellt sind die gemessenen Konzentrationen verschiedener PFAS; die roten Balken zeigen die jeweilige Gesamtmenge aller nachgewiesenen PFAS. Zur besseren Übersicht sind nur Werte über 0,005 µg/L dargestellt. S steht für Probe, C für Kathode und A für Anode. Nach Lange et al., 2025.

Hinweis: Die in den Produktwasserproben aller Fahrzeuge gemessenen PFAS-Konzentrationen bewegten sich gemäß den aktuellen deutschen PFAS-Richtlinien im unkritischen Bereich. Die Ergebnisse unterstreichen jedoch die Notwendigkeit weiterer Forschung und wirksamer Strategien, um PFAS-Emissionen aus PEM-Brennstoffzellen in Zukunft zu verringern.

Projektinfos

Projekttitel:

Qualitative und quantitative PFAS-Analyse im realitätsnahen PEM-Elektrolyse- und ‑Brennstoffzellen-Betrieb: Umweltrelevanz und Maßnahmenableitung (PARZELL)

Projektpartner:

  • ZBT - Zentrum für BrennstoffzellenTechnik
  • IWW Institut für Wasserforschung
  • Institut für Umwelt & Energie, Technik & Analytik e.V. (IUTA)

Alle drei Institute sind Mitglieder der Johannes-Rau-Forschungsgemeinschaft.

Projektlaufzeit: 1. Dezember 2025 – 31. Mai 2028

Projektvolumen: 748.623,88 €

Förderung: IGF (Förderkennzeichen: 01LF24640N), gefördert durch das Bundeswirtschaftsministerium

Kontakt

Projektleiter

Dr. Thomas Lange
+49 203 7598-3121

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