DE102022203608A1

DE102022203608A1 - Verfahren zur Rückgewinnung von Katalysatormaterial aus einer Membranelektrodenanordnung der Wasserelektrolyse

Info

Publication number: DE102022203608A1
Application number: DE102022203608.5A
Authority: DE
Inventors: Yashar Musayev; Christian Reller
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2022-04-11
Filing date: 2022-04-11
Publication date: 2023-10-12
Also published as: WO2023198303A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von Katalysatormaterial aus einer Membranelektrodenanordnung (10) der Wasserelektrolyse, mit den Schritten:- Bereitstellen (1) einer Membranelektrodenanordnung (10) enthaltend eine mit einem metallischen Katalysatormaterial (20, 22) beschichtete Membran (24),- Zerkleinern (2) der Membranelektrodenanordnung (10),- Pyrolytisches Zersetzen (3) der zerkleinerten Membranelektrodenanordnung (10), wobei als Rückstand ein festes Pyrolyseprodukt gewonnen wird,- Auflösen (4) des festen Pyrolyseprodukts in einem Gemisch aus konzentrierter Salzsäure und konzentrierter Salpetersäure,- Entfernen (5) der Nitrate durch Erhitzen der Lösung auf 100°C bis 110°C,- Filtrieren (6) des unlöslichen Rückstands,- Trocknen (7) des unlöslichen Rückstands bei einer Trocknungstemperatur (TD), wobei das metallische Katalysatormaterial (20) zurückgewonnen wird.Das Verfahren wird bevorzugt angewendet für das Recycling eine Membranelektrodenanordnung (10) der PEM-Wasserelektrolyse, wobei Iridium als metallisches Katalysatormaterial 20 zurückgewinnen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von Katalysatormaterial aus einer Membranelektrodenanordnung der Wasserelektrolyse. Dabei wird eine gebrauchte Membranelektrodenanordnung enthaltend eine mit einem metallischen Katalysatormaterial beschichtete Membran bereitgestellt.
Wasserstoff ist ein wichtiger Stoff, der in zahllosen Anwendungen in der Industrie und der Technik eingesetzt wird. In der Regel kommt Wasserstoff auf der Erde lediglich in einem gebundenen Zustand vor. Einer dieser Stoffe, der Wasserstoff im gebundenen Zustand enthält, ist Wasser. Wasserstoff kann darüber hinaus auch als Energiespeicher dienen, insbesondere um mittels regenerativer Energieerzeugungsmethoden erzeugte elektrische Energie für spätere Anwendungen zu speichern.
Ein wichtiges Verfahren zum Gewinnen von Wasserstoff ist die Elektrolyse von Wasser, insbesondere unter Nutzung von elektrischer Energie. Wasserstoff kann hier unter anderem als Energiespeicher dienen, indem er beispielsweise als Brennstoff genutzt wird, um die elektrische Energieversorgung insbesondere aus erneuerbaren Energien, wie zum Beispiel Windkraft, Photovoltaik oder dergleichen zu verstetigen. Aber auch für andere Prozesse, bei denen ein Brennstoff oder ein Reduktionsmittel benötigt wird, kann Wasserstoff eingesetzt werden. Der bei der Elektrolyse gewonnene Wasserstoff kann somit beispielsweise industriell genutzt werden oder es kann unter Nutzung von Brennstoffzellen auf elektrochemische Weise wieder elektrische Energie gewonnen werden.
Das Trennen von Wasser in seine chemischen Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff kann mittels geeigneter Elektrolysezellen durchgeführt werden. Diese können hierfür als sogenannte Polymer-Elektrolyt-Membran-Elektrolysezellen ausgebildet sein. Bei einer derartigen Elektrolysezelle ist in der Regel eine Membran vorgesehen, die an voneinander abgewandten Oberflächen eine jeweilige Katalysatorschicht aufweist. An die Katalysatorschichten grenzen in der Regel jeweilige Gasdiffusionsschichten, an die ihrerseits jeweilige elektrisch leitfähige Kontaktplatten angrenzen, gelegentlich auch Bipolarplatten genannt, die unter anderem der elektrischen Kontaktierung dienen. Vorzugsweise sind die Kontaktplatten beziehungsweise die Bipolarplatten zugleich auch so ausgebildet, dass sie den erforderlichen Stofftransport im bestimmungsgemäßen Betrieb während der Elektrolyse in der Elektrolysezelle ermöglichen können. Zu diesem Zwecke können entsprechende Kanäle zum Zuführen eines jeweils geeigneten Elektrolyten sowie zum Abführen der Reaktionsprodukte der Elektrolyse, nämlich einem Wasserstoffgas und einem Sauerstoffgas, vorgesehen sein. Die Gasdiffusionsschicht stellt in der Regel eine elektrische Leitfähigkeit bereit, um die Kontaktplatten und die Katalysatorschichten elektrisch miteinander zu koppeln. Dadurch kann im Bereich der Katalysatorschichten die gewünschte elektrochemische Reaktion realisiert werden.
Handelt es sich bei der Elektrolysereaktion um eine Reaktion im alkalischen Bereich, so ist als Membran eine Anion-Austausch-Membran (englisch: anion exchange membrane; AEM) vorgesehen. Findet die Elektrolysereaktion dagegen im sauren Bereich statt, ist stattdessen eine Proton-Austausch-Membran (englisch: proton exchange membrane; PEM) vorgesehen.
Das Erzeugen von Wasserstoff aus Wasser erfolgt über den Prozess Elektrolyse. Es handelt sich hierbei um einen elektrochemischen Vorgang, bei dem Wasser in seine chemischen Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff getrennt wird. Die elektrochemischen Zellreaktionen können je nach Betriebsweise wie folgt beschrieben und unterschieden werden: Alkalische Elektrolyse:

Anodenelektrode 40H^- → 2H₂O + O₂ + 4e^- (1)

Kathodenelektrode 2H₂O + 2e^- → 2OH^- + H₂ (2)

Saure Elektrolyse:

Anodenelektrode 2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e^- (1)

Kathodenelektrode 4H⁺ + 4e^- → H₂ (2)
Bei einer Polymer-Elektrolyt-Membran-Elektrolyse werden die jeweiligen zwei Teilreaktionen räumlich durch eine Ionenleitfähige Membran getrennt. Bei einer Elektrolyse im alkalischen Bereich ist hier eine Anion Exchange Membrane (AEM) vorgesehen, wohingegen bei einer Elektrolyse in einem sauren Milieu eine Proton-Exchange Membrane (PEM) vorgesehen ist. Der konstruktive Aufbau der Membranelektrodenanordnung (MEA) kann jedoch in beiden Fällen dem Grunde nach vergleichbar ausgebildet sein.
Ein Kern einer solchen Polymer-Elektrolyt-Membran-Elektrolysezelle ist in der Regel durch eine Membranelektrodenanordnung (englisch: membrane electrode assembly; MEA) gebildet. Die Membranelektrodenanordnung weist zumindest die Membran auf, die in der Regel sowohl anodenseitig als auch kathodenseitig an zwei voneinander abgewandten Oberflächen mit einer Schicht aus einem jeweiligen Katalysatormaterial beschichtet ist. Im Bereich der durch das jeweilige Katalysatormaterial gebildeten Schicht, läuft die jeweilige Zellreaktion der Elektrolyse ab. Dabei werden während des bestimmungsgemäßen Betriebs Elektronen über das jeweilige Katalysatormaterial und eine Trägerstruktur, die durch die Gasdiffusionsschicht gebildet sein oder diese bereitstellen kann, zu den Kontaktplatten abgeleitet. Aus diesem Grund ist eine hohe elektrische Leitfähigkeit der Katalysatorschichten gewünscht.
Bei der Reaktion im alkalischen Bereich fallen neben Elektronen Hydroxid-Anionen OH^- und bei einem Betrieb im sauren Bereich Protonen H⁺ an, welche als Ladungsträger durch die jeweilige Membran bewegt werden. Daher ist diesbezüglich eine gute Leitfähigkeit der Struktur der Schichten aus den jeweiligen Katalysatormaterialien gewünscht, um die jeweiligen Ionen zur Membran beziehungsweise von der Membran zu den jeweiligen Katalysatormaterialien zu fördern. Dabei stellt es sich als technische Herausforderung dar, zugleich eine gute ionische Anbindung des Katalysatormaterials an die Membran und eine gute elektrische Leitfähigkeit des Katalysatormaterials bereitzustellen.
Im Stand der Technik werden Membran-Elektroden-Anordnungen beziehungsweise -Einheiten dadurch hergestellt, dass die Katalysatormaterialien in Form einer Paste bereitgestellt werden, die entweder direkt auf die entsprechende Oberfläche der Membran oder auf die entsprechende Oberfläche eines Substrats aufgebracht wird. Das pastenförmige oder pasteuse Katalysatormaterial besteht dabei aus dem Katalysatormaterial selbst, einem Ionomer, einem polymerischen Binder sowie einem Lösungsmittel. Nach dem Aufbringen wird das Lösungsmittel in der Regel thermisch entfernt bzw. thermisch ausgetrieben, wozu die Schichten aus Katalysatormaterial mit der Membran bei einer hohen Temperatur, die in der Regel größer als 100°C ist, verpresst werden. Dadurch soll der ionische Kontakt des Ionomers und des Katalysatormaterials mit der Membran gewährleistet werden.
Eine Membranelektrodenanordnung umfasst eine Membran, die an zwei voneinander abgewandten Oberflächen ein jeweiliges Katalysatormaterial aufweist. Hierbei kommen bei vielen Anwendungen, insbesondere bei der PEM-Wasserelektrolyse, sehr teure und dementsprechend sehr seltene Edelmetalle als Katalysatormaterial zum Einsatz. Es besteht daher neben ökologischen Gesichtspunkten zugunsten einer Kreislaufwirtschaft ein sehr großes wirtschaftliches Interesse, gebrauchte Membranelektrodenanordnungen aufzuarbeiten, um das wertvolle metallische Katalysatormaterial zurückzugewinnen und bedarfsweise in einer neuen Membranelektrodenanordnung zu verwenden oder für andere Anwendungen zuzuführen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Rückgewinnung von Katalysatormaterial aus einer Membranelektrodenanordnung anzugeben, das eine besonders einfache und kostengünstige Rückgewinnung von Katalysatormaterial ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Rückgewinnung von Katalysatormaterial aus einer Membranelektrodenanordnung der Wasserelektrolyse mit den Schritten:

- Bereitstellen einer Membranelektrodenanordnung enthaltend eine mit einem metallischen Katalysatormaterial beschichtete Membran),
- Zerkleinern der Membranelektrodenanordnung,
- Pyrolytisches Zersetzen der zerkleinerten Membranelektrodenanordnung, wobei als Rückstand ein festes Pyrolyseprodukt gewonnen wird,
- Auflösen des festen Pyrolyseprodukts in einem Gemisch aus konzentrierter Salzsäure und konzentrierter Salpetersäure,
- Entfernen der Nitrate durch Erhitzen der Lösung auf 100°C bis 110°C,
- Filtrieren des unlöslichen Rückstands,
- Trocknen des unlöslichen Rückstands bei einer Trocknungstemperatur, wobei das metallische Katalysatormaterial zurückgewonnen wird.

Die Erfindung geht dabei bereits von der allgemeinen Grundbestrebung aus, dass Recycling einen erheblichen Beitrag zum Schutz der Umwelt leistet. Recycling bedeutet Nachhaltigkeit, denn die Rohstoff-Ressourcen halten nicht für die Ewigkeit. Und Recycling ist bares Geld, denn die metallischen Katalysatormaterialien sind häufig Edelmetalle, die viel zu wertvoll sind, um sie nicht zurückzugewinnen. Andererseits ist im Zuge der großtechnischen Nutzung von Elektrolyseuren für die Wasserelektrolyse ein rasch ansteigender Bedarf an Membranelektrodenanordnungen zu erwarten, so dass auch die Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit von bekannten Recyclingverfahren zunehmend unter Kostengesichtspunkte und Effizienzaspekte gestellt werden.
So sind zwar Aufarbeitungs- und Trennverfahren im Labormaßstab in der wissenschaftlichen Literatur vielfältig beschrieben, die sich aber einer wirtschaftlichen und großtechnischen Umsetzung als zu komplex in der Prozessführung und in der Folge sehr kostenintensiv darstellen. Es ist daher ein Bedarf für eine einfache und kostengünstige Rückgewinnung von metallischem Katalysatormaterials, den die Erfindung erkannt hat.
Mit der Verfahrensführung der Erfindung wird insbesondere die Rückgewinnung von metallischem Katalysatormaterial, insbesondere der Edelmetalle, sehr effizient möglich. Das Katalysatormaterial auf der Membran einer Membranelektrodenanordnung kann zum Beispiel anodenseitig einen oder mehrere der folgenden Stoffe aufweisen, und zwar Nickel-Aluminium, Nickel-Zink, Cobalt-Aluminium, Cobalt-Eisen, Nickel-Eisen, Nickel-Eisen-Vanadium, Nickel-Cobalt, Nickel-Molybdän, Nickel-Eisen-Double layered Hydroxid, Nickel-Eisen-Cobalt, Iridium, Rutheniumoxid, Nickelhydroxid, Nickeloxid, Nickel.
Das Katalysatormaterial auf der Membran kann zum Beispiel kathodenseitig einen oder mehrere der folgenden Stoffe aufweisen, und zwar Nickel, Nickel-Molybdän auf Ruß, Nickel-Molybdän, Nickel-Platin, Platin, Nickel auf Ruß, Nickel-Phosphat, Nickel-Vanadium.
Dabei erfolgt zunächst ein mechanisches Zerkleinern einer gebrauchten Membranelektrodenanordnung auf einen vorbestimmten Zerkleinerungsgrad. Die wirtschaftliche und technische Lebensdauer der ionenleitfähigen Membran wird durch verschiedene Einflussfaktoren begrenzt. So sind etwa Degradationseffekte an der Membran beschrieben, die das Membranmaterial schädigen und die Funktion beeinträchtigen. Wegen der harschen elektrochemischen Bedingungen, die bei einer Wasserelektrolyse stets auftreten können, können sich innerhalb des Elektrolyseurs, beispielsweise im Bereich der Zellen in geringem Maße H₂O₂ bzw. OH-Radikale bilden. Es ist allgemein bekannt, dass solche Spezies das Membranmaterial von PEM-Elektrolyseuren chemisch angreifen können, wobei bei einem solchen Abbau Fluoride als Degradationsprodukte freigesetzt werden. Dies liegt daran, dass die Membran einen Fluoranteil aufweist und beispielsweise aus PFSA „Perfluorosulficacid“ besteht. Die Membran ist ein besonders wichtiges Element für die Funktionsfähigkeit der Elektrolysezellen in der PEM-Elektrolyse, so dass deren Lebensdauer und deren Limitierung durch Degradationseffekte insbesondere auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten große Beachtung finden. Hingegen wird das metallische Katalysatormaterial praktisch nicht verbraucht und neigt nicht zur Degradation, weshalb eine Aufarbeitung und Rückgewinnung sehr vorteilhaft ist.
Dabei zeichnet sich die Erfindung durch einen erheblich vereinfachten Prozess aus, der mit wenigen Trennungsgängen für eine Edelmetallscheidung von hochwertigem Katalysatormaterial auskommt, wie sich überraschenderweise gezeigt hat.
Nach dem Zerkleinern der Membranelektrodenanordnung erfolgt zunächst eine Pyrolyse. Die Pyrolyse oder pyrolytische Zersetzung bezeichnet verschiedene thermochemische Umwandlungsprozesse, in denen organische Verbindungen bei hohen Temperaturen und weitgehend unter Ausschluss von Sauerstoff gespalten werden. Durch die hohen Temperaturen werden einige chemische Bindungen in den Startmaterialien gespalten, wobei durch den Sauerstoffmangel eine vollständige Verbrennung verhindert wird. Die entstehenden Produkte sind vielfältig. Als Rückstand ist in dem Verfahren der Erfindung ein festes Pyrolyseprodukt gewonnen, eine Asche, die in entsprechender Granularität bzw. Korngröße vorliegt und die metallisches Katalysatormaterial enthält. Dabei liegt in der Asche eine Mischung aus dem anodenseitig verwendeten Katalysatormaterial und dem kathodenseitig verwendeten Katalysatormaterial vor.
Im Allgemeinen entstehen bei der Pyrolyse komplexe Produktgemische aus festen, flüssigen und gasförmigen Produkten, wobei die genauen Anteile von den konkreten Bedingungen und dem Ausgangsstoff abhängen. Grundsätzlich lässt sich sagen, dass mit höherer Temperatur und längerer Pyrolysedauer mehr gasförmige Produkte erhalten werden und mit niedrigen Temperaturen und kürzeren Dauern eher flüssige Produkte. Werden Polymere pyrolysiert, entstehen oft die entsprechenden Monomere als Produkt. Die Produkte können sowohl energetisch als Sekundärenergieträger genutzt werden, da sie hohe Energiegehalte aufweisen, als auch stofflich weiter genutzt werden, indem einzelne Chemikalien daraus gewonnen werden. In dem vorliegenden Verfahren sind höhere Temperaturen bevorzugt, um die zerkleinerte Membranelektrodeneinheit pyrolytisch aufzuspalten.
Vorzugsweise wird die Membran bei der Pyrolyse vollständig in den Gaszustand überführt, sodass keine Kohlenstoffrückstände in dem festen Pyrolyseprodukt, der Asche, verbleiben.
Nunmehr folgt ein Auflösen der festen Pyrolyseprodukte, des Ascherückstands, in Königswasser, so dass eine Lösung gebildet ist. Königswasser besteht aus einer Mischung von Salzsäure HCl und Salpetersäure HNO₃ im Verhältnis 3:1. Die Prozessführung der Erfindung unterscheidet dabei grundlegend zwischen in Königswasser unlöslichem Katalysatormaterial und in Königswasser löslichem Katalysatormaterial und trennt diese in nur zwei Folgeschritten jeweils sukzessive ab. Zunächst wird die Lösung auf 100°C bis 110°C erhitzt und dabei die Nitrate aus der Lösung thermisch ausgetrieben. In diesem Schritt erfolgt somit eine Abtrennung von Edelmetallnitraten und Aufarbeitung des in dem Königswasser aufgelösten Katalysatormaterials, das bevorzugt auf der Kathodenseite der Membranelektrodenanordnung verwendet wurde und auf der intakten Membran aufgebracht war. Dies sind in Königswasser lösliche Edelmetalle wie bevorzugt Platin oder binäre Platinlegierungen, wie etwa Nickel-Platin, die als Katalysator Verwendung finden. Somit verbleibt in der Restlösung nach diesem Prozessschritt vorteilhafterweise das in Königswasser unlösliche metallische Katalysatormaterial, das bevorzugt auf der Anodenseite der Membranelektrodenanordnung verwendet wurde, wie etwa Iridium. Dieser feste Bestandteil kann nun im Filtrierschritt sehr vorteilhaft und einfach abgetrennt und damit separiert werden. Somit liegt unlöslicher Rückstand vor, der überwiegend bereits hochwertiges metallisches Katalysatormaterial aufweist.
Als weiterer Schritt erfolgt schließlich das Trocknen des Rückstands bei einer Trocknungstemperatur über eine Trocknungszeit, so dass sämtliche flüssigen und ggf. noch gasförmigen Bestandteile in dem Rückstand entfernt bzw. thermisch ausgetrieben werden. Es ist nun vorteilhaft ein fester Rückstand zurückgewonnen, der das unlösliche metallische Katalysatormaterial enthält oder bereits überwiegend daraus besteht. Das metallische Katalysatormaterial kann unmittelbar aufbereitet und der erneuten Verwendung zugeführt werden, etwa als anodenseitiges Katalysatormaterial auf eine neue Membran aufgebracht werden.
Durch das hier beschriebene Verfahren wird besonders vorteilhaft die unmittelbare Rückgewinnung von wertvollen anodischen Edelmetall-Katalysatoren (OER-Katalysatoren) aus der Metallelektrodenanordnung der PEM-Wasserelektrolyse ermöglicht, ohne diese aufzulösen, aufzuschmelzen oder umzuarbeiten. Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird die Anzahl der Prozessschritte signifikant verringert und Verlustpfade bei einer Vielzahl von Trennungsschritten vermieden. Aus wirtschaftlicher Sicht entfallen weitere und aufwändige Umarbeitungskosten bei Auftrennung (Scheideprozess) und die Herstellungskosten für die Fällung des neuen Katalysatormaterials. Dabei ist ohne größeren Aufwand vorteilhaft auch das kathodische Katalysatormaterial einer Wiederverwendung zuführbar. Die Prozessführung unterscheidet dabei lediglich zwischen in Königswasser unlöslichem Katalysatormaterial und in Königswasser löslichem Katalysatormaterial und trennt diese Materialien jeweils effizient in einem eigenen Prozessschritt.
Gegenüber bisher beschriebenen technischen Ansätzen ist die Prozessführung der Erfindung sowohl technisch als auch wirtschaftlich überlegen. Diese bisherigen Ansätze beruhen beispielsweise auf einer Pyrolyse der Membran, Auflösung der Katalysatoren bzw. Abtragung durch vollständige Auflösung der Katalysatorbestandteile in einem Lösungsmittel. Kommt hierbei unlösliches metallisches Katalysatormaterial zum Einsatz, entfällt die Möglichkeit des Auflösens in Königswasser, da das unlösliche anodische Edelmetall-Katalysatormaterial nicht in Königswasser löslich ist. Die dann erforderlichen nachfolgenden Trennungsgänge für die Edelmetallscheidung würden daher komplexe und verlustbehaftete Prozesse der Na₂O₂ - Oxidationsschmelze usw. umfassen, um metallisches Katalysatormaterial beispielsweise in ein lösliches Oxid des metallischen Katalysatormaterials umzuwandeln. Die Erfindung vermeidet gezielt den verlustbehafteten Pfad einer Aufarbeitung des Katalysatormaterials über Umwandlungsprozesse mittels auflösbarer Zwischenprodukte. Aus verfahrenstechnischer Sicht ergeben sich hieraus aufgrund der zahlreichen Prozessschritte bei der Rückgewinnung möglichst reinen metallischen Katalysatormaterials hohe Prozesskosten. Darüber hinaus werden aufgrund der Korrosivität der verwendeten Chemikalien im allgemeinen teure Reaktorauskleidungen benötigt. Dies wird durch die Erfindung vermieden.
Es hat sich dabei vorteilhafterweise gezeigt, dass durch den Pyrolyseschritt keine nennenswerte Vergröberung der Partikelgröße im Vergleich zu einem Neukatalysator nachgewiesen werden konnte. Weiterhin hat sich überraschenderweise gezeigt, dass das metallische Katalysatormaterial bereits nach dem Trocknungsschritt in ausreichender Reinheit und guter Qualität vorliegt, sodass es direkt für die Herstellung einer neuen Membranelektrodenanordnung verwendet werden kann. Das hier vorgeschlagene Verfahren ermöglicht mithin die Reduktion der etablierten Prozessschritte somit in erheblichem Maße, wodurch eine signifikante Kosten- und Zeitersparnis in der Prozessführung erzielt wird. Somit kann insbesondere die Edelmetallrückgewinnung dank des vorgeschlagenen Prozesses gesteigert werden.
In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens wird der unlösliche Rückstand gemahlen, so dass eine mittlere Korngröße von 10 µm bis 80 pm, insbesondere von 20 µm bis 50 µm erzielt wird.
Nach dem Trocknen des unlöslichen Rückstands bei der Trocknungstemperatur liegt bereits das metallische Katalysatormaterial in Form von Feststoffpartikeln vor. Es kann vorteilhaft sein, diesen Rückstand einem Mahlprozess zu unterziehen, bis eine gewünschte Korngrößenverteilung, insbesondere eine mittlere Partikelgröße, für das metallische Katalysatormaterial erzielt ist. Mit dem Mahlvorgang ist ein günstigeres Oberflächen-/Volumenverhältnis der Katalysatorpartikel einstellbar, was für einen nachfolgenden Beschichtungsprozess einer neuen Membran mit dem zurückgewonnenen Katalysatormaterial und für eine hohe katalytische Effizienz bei möglichst geringem Materialeinsatz in einer Membranelektrodeneinheit von Vorteil ist.
Der Pyrolyseschritt wird bevorzugt bei einer Pyrolysetemperatur von 600°C bis 1000°C, insbesondere von 700°C bis 900°C, durchgeführt. Somit wird eine Hochtemperaturpyrolyse durchgeführt, so dass die Bestandteile der Membran durch die Pyrolyse in gasförmige Produkte übergehen und nicht im festen Pyrolyseprodukt, respektive im Rückstand, verbleiben, sondern ausgetrieben werden.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens wird das feste Pyrolyseprodukt bei einer Temperatur von 70°C bis 90°C, insbesondere bei einer Temperatur von 80°C, in Königswasser aufgelöst, wobei beim Auflösen eine Temperaturhaltung zwischen 3 Stunden bis 5 Stunden, insbesondere von 4 Stunden angewendet wird. Es hat sich gezeigt, dass eine Pyrolysetemperatur von 80°C besonders vorteilhaft ist bei einer Einwirkungszeit von 4 Stunden, so dass ein gutes Auflösungsergebnis der löslichen Bestandteile in dem festen Pyrolyseprodukt bewirkt ist. Es kann aber je nach Charge in gewissen Grenzen davon abgewichen werden, wobei niedrigere Temperaturen eine längere Einwirkungszeit erfordern und umgekehrt.
Vorzugsweise werden durch das Erhitzen in dem Gemisch aus Salzsäure und Salpetersäure aufgelöste metallische Bestandteile ausgetrieben und abgetrennt, wobei der unlösliche Rückstand gewonnen wird. Durch den Auflösungsprozess in Königswasser liegen die löslichen Bestandteile beispielsweise in Form von Metallsalzen, insbesondere in Form von Metallnitraten vor. Diese werden aus dem festen Rückstand durch Erhitzen der Lösung auf 100°C bis 110°C ausgetrieben, d.h. entweicht dem Rückstand durch Ausgasen oder Verdampfen. Vorteilhaft wird diese Spezies aufgefangen für einen vollständigen Recyclingprozess auch der löslichen Spezies.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens wird Platin als aufgelöster metallischer Bestandteil abgetrennt und zurückgewonnen. Platin ist vorteilhaft einsetzbar als metallisches Katalysatormaterial auf der Kathodenseite der Membran einer Membranelektrodeneinheit. Da Platin ein teures Edelmetall ist, ist eine Rückgewinnung wirtschaftlich sinnvoll. Es ist auch möglich, dass ein binäres Metall enthaltend Platin, wie etwa Platin-Nickel als lösbarer metallischer Bestandteil Anwendung findet und dem Recyclingprozess unterzogen wird. Platin oder Platin-Nickel ist bei einer Membranelektrodeneinheit besonders vorteilhaft als Katalysatormetarial auf der kathodischen Seite der Membran, insbesondere bei Anwendungen in der PEM-Elektrolyse.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens wird als metallisches Katalysatormaterial Iridium zurückgewonnen. Der unlösliche Bestandteil im Rückstand ist dann bevorzugt Iridium, das von Königswasser nicht angegriffen wird. Das Iridium ist dabei vorteilhaft von guter Qualität und Reinheit bereits als Metall bzw. Metallpartikel im Rückstand vorliegend gewonnen, bevorzugt nach Nachwaschen bzw. Ausspülen des Filters. Somit kann das derart gewonnene Iridium unmittelbar als Katalysatormaterial auf die Anodenseite einer neuen ionenleitenden Membran aufgebracht werden und ist für Elektrolysezwecke bei neuen Membranelektrodenanordnungen wiederverwendbar.
Vorzugsweise wird das Iridium als festes Iridium Black zurückgewonnen, wobei eine Reinheit von 97% bis 99,5 %, insbesondere von 98% bis 99,3% an Iridium erzielt wird.
Das Iridium Black liegt in entsprechender Partikelgröße bereits vor, wobei optional ein Mahlvorgang zur Konfektionierung der Partikelgröße für die Katalysatoranwendung in einer Membranelektrodenanordnung vorgesehen sein kann. Das Iridium liegt dabei als Iridium Black in großer Reinheit vor, sodass es aufgrund der vorkonfektionierten Partikelgröße unmittelbar für die Herstellung neuer Metallelektrodenanordnungen wiederverwendet werden kann. Iridium Black ist ein Festkörper mit metallisch-schwarzer Farbe.
Vorzugsweise wird eine Ausbeute an zurückgewonnenem Iridium Black größer als 80%, insbesondere zwischen 92 % und 96%, bezogen auf die ursprüngliche Menge an Iridium erzielt.
Durch die vereinfachte Prozessführung mit im Wesentlichen nur jeweils einem Trennprozess und Behandlung der lösbaren und unlösbaren metallischen Bestandteile sind kaum Materialverluste zu verzeichnen, sondern es wird ein nahezu geschlossener und verlustfreier Recyclingprozess für die Katalysatormaterialien erzielt. Insbesondere sind bei dem in Königswasser unlösbaren Iridium-Katalysatormaterial keine weiteren und verfahrenstechnisch aufwändigen Umwandlungsprozesse erforderlich, die unweigerlich zu Materialverlusten an Iridium im Edelmetall-Scheideprozess führen würden.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung wird das Verfahren angewendet auf eine Membranelektrodenanordnung der PEM-Wasserelektrolyse. Bei der PEM-Elektrolyse kommt eine protonendurchlässige Membran (proton-exchange-membrane) aus PFSA „Perfluorosulficacid“ zum Einsatz. Die PFSA-Membran ist ein besonders wichtiges Element für die Funktionsfähigkeit der Membranelektrodenanordnung und damit einer Elektrolysezelle. Die Membran wird anodenseitig und kathodenseitig mit einem jeweiligen Katalysatormaterial beschichtet, bevorzugt ist eine dünne Schicht von Iridium auf der Anodenseite und Platin auf der Kathodenseite aufgebracht. Anwendungen des Recyclingverfahrens der Erfindung bei Membranelektrodenanordnungen anderer Elektrolysesysteme, wie etwa alkalischer Elektrolyse sind vorteilhaft möglich.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Die vorhergehend in der Beschreibung angegebenen Merkmale, Merkmalskombinationen sowie auch die in der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung umfasst beziehungsweise als offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungsformen hervorgehen und erzeugbar sind. Die anhand der Ausführungsbeispiele dargestellten Merkmale, Funktionen und/oder Wirkungen können für sich genommen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale, Funktionen und/oder Wirkungen der Erfindung darstellen, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher sollen die Ausführungsbeispiele auch andere Kombinationen als die in den erläuterten Ausführungsformen umfassen. Darüber hinaus können die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale, Funktionen und/oder Wirkungen der Erfindung ergänzt sein.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale beziehungsweise Funktionen.
Es zeigen:

1 eine schematische Schnittansicht durch eine Elektrolysezelle mit einer Membranelektrodenanordnung zur Elektrolyse von Wasser;
2 eine Membranelektrodenanordnung;
3 eine schematische Darstellung eines Ablaufs für das Verfahren zur Rückgewinnung von Katalysatormaterial der Membranelektrodenanordnung.

1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine Elektrolysezelle 12 mit einer Membranelektrodenanordnung 10. Die Membranelektrodenanordnung 10 weist vorliegend eine Membran 24 auf, die zwei voneinander abgewandte Oberflächen 16, 18 aufweist, auf denen ein jeweiliges Katalysatormaterial 20, 22 angeordnet ist. Das Katalysatormaterial 20, 22 seinerseits kontaktiert eine jeweilige Gasdiffusionsschicht, die durch ein jeweiliges Vliesmaterial 26, 28 gebildet ist und die ihrerseits gegenüberliegend eine jeweilige Kontaktplatte 34, 36 kontaktiert. Dadurch wird ein Anodenbereich 30 und ein Kathodenbereich 32 ausgebildet. Die Kontaktplatten 34, 36 sowie auch die Gasdiffusionsschichten sind elektrisch leitfähig ausgebildet, sodass ein elektrischer Kontakt zwischen dem jeweiligen Katalysatormaterialien 20, 22 und der jeweiligen Kontaktplatte 34, 36 hergestellt ist. Die Kontaktplatten 34, 36 weisen darüber hinaus nicht bezeichnete Strömungskanäle auf, über die der Elektrolysezelle 12 einerseits Wasser beziehungsweise Elektrolyt zugeführt werden kann und andererseits Elektrolyseprodukte, nämlich Wasserstoff und Sauerstoff, abgeführt werden können.
Die Membranelektrodenanordnung 10 ist in 2 als separates Bauteil dargestellt. Die Membranelektrodenanordnung 10 umfasst neben einer Membran 26 die Schichten aus Katalysatormaterial 20, 22. Die Membranelektrodenanordnung 10 kann als einzeln handhabbares Bauteil hergestellt sein, sodass die Membranelektrodenanordnung 10 im Fertigungsprozess der Elektrolysezelle 12 auf einfache Weise gehandhabt werden kann.
Die Membranelektrodenanordnung 10 umfasst zumindest die anodenseitige und die kathodenseitige Katalysatorschicht, die mit der Membran 24 in der Regel zu einer Komponente verbunden sind. In den Katalysatorschichten finden die jeweiligen chemischen Reaktionen statt, wobei Elektronen über den Katalysator und eine etwaige Trägerstruktur, die elektrisch leitfähig ist, zu den Kontaktplatten 34, 36 abgeleitet werden können. Daher ist es vorteilhaft, wenn die jeweilige Schicht aus Katalysatormaterial 20, 22 eine möglichst gute elektrische Leitfähigkeit aufweist und eine katalytische Fähigkeit. Darüber hinaus werden im alkalischen Milieu Hydroxid-Ionen OH^-und im sauren Milieu Protonen H⁺ erzeugt, welche als Ladungsträger durch die jeweilige Membran wandern. Für die Katalysatormaterialien 20, 22 ist deshalb ebenfalls gewünscht, dass sie eine entsprechend gute Leitfähigkeit für die jeweiligen Ionen aufweisen, sodass diese gut zur Membran 24 beziehungsweise von der Membran 24 zu den jeweiligen katalytischen Zentren gefördert werden können. Daher ist es gewünscht, dass eine gute ionische Anbindung des jeweiligen Katalysatormaterials 20, 22 an die jeweilige Oberfläche 16, 18 der Membran 24 und zugleich eine gute elektrische Leitfähigkeit des Katalysatormaterials 20, 22 bereitgestellt werden können.
Für den Einsatz im sauren Milieu ist die Membranelektrodenanordnung 10 für eine PEM-Wasserelektrolyse speziell konfektioniert. Hierzu ist die Membran 24 als protonenleitfähige Membran 24 hergerichtet. Die anodenseitige Katalysatorschicht weist als erstes Katalysatormaterial 20 Iridium auf. Die kathodenseitige Katalysatorschicht weist als zweites Katalysatormaterial 22 Platin auf. Das Iridium ist dabei auf die erste Oberfläche 16 der Membran 24 aufgetragen und das Platin auf der gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 18 der Membran 24. Die Membran 24 wirkt dabei als Substrat 14.
Bei der Neuherstellung oder dem Recycling bzw. Wiederaufarbeitung einer Membranelektrodenanordnung 10 wird zum Herstellen der Membranelektrodenanordnung 10 zunächst eine Membran 24 als Substrat 14 bereitgestellt, die beschichtet wird. Die Membran 24 weist die Oberfläche 16 und die der ersten Oberfläche 16 abgewandte zweite Oberfläche 18 auf. Zum Zwecke des Beschichtens mit den jeweiligen Katalysatormaterialien 20, 22 kommt ein nicht näher dargestelltes Beschichtungswerkzeug zum Einsatz. Die Katalysatormaterialien 20, 22 werden dann in Pastenform, insbesondere als pasteuse Masse, bereitgestellt, sodass sie mittels des Beschichtungswerkzeugs gut und innig auf die jeweilige der Oberflächen 16, 18 aufgetragen werden können. Dabei kann vorgesehen sein, dass Partikel des jeweiligen Katalysatormaterials 20, 22 lediglich mit einem Ionomer in einem hochviskosen Lösungsmittel gelöst und gemischt werden. Das Herstellen der Katalysatorpaste ist in den Figuren nicht näher dargestellt. Hierzu können jedoch konventionelle Verfahren zum Mischen von Stoffen genutzt werden. Im Unterschied zum Stand der Technik braucht bei diesem Verfahren jedoch kein polymerischer Binder beziehungsweise nicht-ionischer Binder hinzugefügt werden. Die Viskosität der Paste kann über den Ionomeranteil im Lösungsmittel so eingestellt werden, dass herkömmliche industrielle Beschichtungsverfahren für Elektrodenpasten eingesetzt werden können. So kann zum Beispiel auch alternativ ein Rakeln oder Tauchbeschichten vorgesehen sein.
Handelt es sich um eine gebrauchte Membranelektrodenanordnung 10, so ist es unter wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten vorteilhaft, das wertvolle metallische Katalysatormaterial 20, 22 in einem Recycling-Prozess zurückzugewinnen. Hierzu wird die Membranelektrodenanordnung 10 aus der Elektrolysezelle 12 ausgebaut und für den hier vorgeschlagenen Recyclingprozess in einem Verfahrensschritt 1 bereitgestellt. Das Bereitstellen 1 und die weiteren Verfahrensschritte zur Rückgewinnung von Katalysatormaterial 20, 22 aus der Membranelektrodenanordnung sind im Ablaufdiagramm der 3 schematisch dargestellt.
Dabei erfolgt zunächst in einem Verfahrensschritt 2 ein mechanisches Zerkleinern 2 einer gebrauchten Membranelektrodenanordnung 10 auf einen vorbestimmten Zerkleinerungsgrad. Die wirtschaftliche und technische Lebensdauer der ionenleitfähigen Membran 24 wird durch verschiedene Einflussfaktoren begrenzt. So sind etwa Degradationseffekte an der Membran 24 beschrieben, die das Membranmaterial schädigen und die Funktion beeinträchtigen.
Nach dem Zerkleinern wird in einem Verfahrensschritt 3 eine Pyrolyse durchgeführt. Die thermische Behandlung der zerkleinerten Membranelektrodenanordnung 10 wird in einem entsprechenden Pyrolysereaktor Reaktor bei einer Pyrolysetemperatur T_P von 600°C bis 1000°C durchgeführt. Dabei erfolgen verschiedene thermochemische Umwandlungsprozesse, in denen organische Verbindungen bei den hohen Temperaturen und weitgehend unter Ausschluss von Sauerstoff gespalten werden. Durch die hohen Temperaturen werden einige chemische Bindungen in den Startmaterialien gespalten, wobei durch den Sauerstoffmangel eine vollständige Verbrennung verhindert wird. Die entstehenden Produkte sind vielfältig. Als Rückstand ist in dem Verfahrensschritt 3 ein festes Pyrolyseprodukt gewonnen, eine Asche, die in entsprechender Granularität bzw. Korngröße vorliegt und die metallisches Katalysatormaterial 20, 22 enthält. Dabei liegt in der Asche eine Mischung aus dem anodenseitig verwendeten Katalysatormaterial 20 und dem kathodenseitig verwendeten Katalysatormaterial 22 vor. Im hier beschriebenen Beispiel ist dies Iridium als anodenseitiges Katalysatormaterial 20 und Platin als kathodenseitiges Katalysatormaterial 22.
In dem vorliegenden Verfahren sind höhere Pyrolysetemperaturen T_P in einem Bereich zwischen 600°C und 1000°C bevorzugt angewendet, um die zerkleinerte Membranelektrodeneinheit 10 pyrolytisch aufzuspalten. Die Membran 24 wird bei der Pyrolyse vollständig in den Gaszustand überführt, sodass keine Kohlenstoffrückstände in dem festen Pyrolyseprodukt, der Asche, verbleiben, sondern im Wesentlichen die metallischen Bestandteile des Katalysatormaterials 20, 22.
Nunmehr folgt in Verfahrensschritt 4 ein Auflösen der festen Pyrolyseprodukte, des Ascherückstands in Königswasser, so dass eine Lösung gebildet ist. Königswasser besteht aus einer Mischung von Salzsäure HCl und Salpetersäure HNO₃ im Verhältnis 3:1. Die Prozessführung der Erfindung unterscheidet dabei grundlegend zwischen in Königswasser unlöslichem Katalysatormaterial 20, dem Iridium, und in Königswasser löslichem Katalysatormaterial 22, dem Platin, und trennt diese Bestandteile in nur zwei Folgeschritten jeweils sukzessive ab. Zunächst wird in Verfahrensschritt 5 die Lösung auf 100°C bis 110°C erhitzt und dabei die Nitrate aus der Lösung thermisch ausgetrieben. In diesem Schritt 5 erfolgt somit eine Abtrennung von Edelmetallnitraten, insbesondere Platinnitrate, und eine Aufarbeitung des in dem Königswasser aufgelösten Katalysatormaterials 22, das auf der Kathodenseite der Membranelektrodenanordnung 10 verwendet wurde und auf der ursprünglich intakten Membran 24 aufgebracht war. Dies sind in Königswasser lösliche Edelmetalle wie bevorzugt Platin oder binäre Platinlegierung, wie etwa Nickel-Platin, die als zweites Katalysatormaterial 22 Verwendung finden. Somit verbleibt in der Restlösung nach diesem Prozessschritt 5 vorteilhafterweise das in Königswasser unlösliche metallische erste Katalysatormaterial 20, das auf der Anodenseite der Membranelektrodenanordnung verwendet wurde, wie etwa Iridium.
Dieser feste Bestandteil mit hohem Iridiumanteil wird nun in einem Verfahrensschritt 6, einem Filtrierschritt, sehr vorteilhaft und einfach durch Filtrieren des unlöslichen Rückstands abgetrennt und damit separiert. Somit liegt unlöslicher Rückstand vor, der überwiegend bereits hochwertiges metallisches Katalysatormaterial 20 aufweist, nämlich Iridium.
Als weiterer Verfahrensschritt 7 erfolgt schließlich das Trocknen des Rückstands bei einer Trocknungstemperatur T_D über eine Trocknungszeit, so dass sämtliche flüssigen und ggf. noch gasförmigen Bestandteile in dem Rückstand entfernt bzw. thermisch ausgetrieben werden. Die Trocknungstemperatur T_D kann 60°C bis 80°C betragen. Um die Trocknungszeit zu verkürzen, können auch höhere Trocknungstemperaturen T_D von über 80°C angewendet werden. Es ist nun vorteilhaft ein fester Rückstand zurückgewonnen, der das unlösliche metallische Katalysatormaterial 20, nämlich Iridium in hoher Reinheit enthält oder bereits überwiegend daraus besteht. Das Iridium liegt als Iridium Black vor mit einer Reinheit von über 90%, insbesondere von 97% bis 99,5 %. Das Iridium als edelmetallisches erstes Katalysatormaterial 20 kann unmittelbar aufbereitet und der erneuten Verwendung in einer Membranelektrodenanordnung 10 zugeführt werden, etwa als anodenseitiges Katalysatormaterial 20 auf eine neue Membran 24 aufgebracht werden. Ein Mahlprozess für das zurückgewonnene Iridium Black als erstes Katalysatormaterial 20 kann in einem weiteren Verfahrensschritt 8 bedarfsweise vorgesehen sein, um eine gewünschte Partikelgröße für die Anwendung und Auftragung des Iridiums auf eine bereitgestellte Membran 24 zu erzielen. Hierbei wird ein Mahlgrad bzw. eine mittlere Partikelgröße des zurückgewonnenen Iridiums von 20 µm bis 50 µm eingestellt. Bei dem Verfahren hat sich gezeigt, dass die Ausbeute an zurückgewonnenem Iridium deutlich größer ist als 80%. Ausbeuten von über 90%, beispielsweise zwischen 92% und 96%, bezogen auf die ursprüngliche Menge an Iridium wurden erreicht. Damit ist das Verfahren in besonderer Weise und vorteilhaft anwendbar für eine effiziente Zurückgewinnung von Iridium und Platin aus gebrauchten Membranelektrodenanordnungen 10 der PEM-Wasserelektrolyse mit einer protonendurchlässigen Membran (proton-exchange-membrane) aus PFSA „Perfluorosulficacid“.
Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich, wie insbesondere aus dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ersichtlich ist, als besonders dafür geeignet, bei einer gebrauchten Membranelektrodenanordnung 10 das wertvolle edelmetallische Katalysatormaterial 20, 22 in einem Recycling-Prozess mit hoher Reinheit und Rückgewinnungsausbeute zurückzugewinnen.
Im Endergebnis kann auf diese Weise mit dem Trennverfahren der Erfindung eine neue Membranelektrodenanordnung 10 hergestellt werden, wobei das Iridium und das Platin wieder verwendet werden. Aus verfahrenstechnischer Sicht ergeben sich aufgrund der überschaubaren Zahl von Prozessschritten bei der Rückgewinnung des reinen Iridiums deutlich geringere Kosten. Insbesondere wird Iridium Black unmittelbar zurückgewonnen, so dass umständliche und aufwändige Umwandlungs- und Aufbereitungsschritte entfallen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine vereinfachte und sehr effiziente Rückgewinnung von Iridium-Black Katalysatoren hoher Qualität und Reinheit aus gebrauchten Materialen einer Membranelektrodenanordnung 10 aus der PEM-Wasserelektrolyse. Wesentliche Vorteile sind in der Kosteneinsparung im Scheideprozesses zu sehen, Kosteneinsparung der Katalysatorsynthese, Energieeinsparung innerhalb der gesamten Prozesskette des Verfahrens, kürzere Prozessdauer und hohe Verfügbarkeit des Verfahrens. Die Erfindung ermöglicht eine kostengünstige und einfach in einem großtechnischen Maßstab skalierbare Rückgewinnung von Iridium Black. Die Edelmetalle Iridium und Platin können somit wieder im Produktionsprozess für neue Membranelektrodenanordnungen 10 zur Verfügung stehen, bei maximaler Ausbeute und Qualität.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung dienen ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.

Claims

Verfahren zur Rückgewinnung von Katalysatormaterial aus einer Membranelektrodenanordnung (10) der Wasserelektrolyse, mit den Schritten: - Bereitstellen (1) einer Membranelektrodenanordnung (10) enthaltend eine mit einem metallischen Katalysatormaterial (20, 22) beschichtete Membran (24), - Zerkleinern (2) der Membranelektrodenanordnung (10), - Pyrolytisches Zersetzen (3) der zerkleinerten Membranelektrodenanordnung (10), wobei als Rückstand ein festes Pyrolyseprodukt gewonnen wird, - Auflösen (4) des festen Pyrolyseprodukts in einem Gemisch aus konzentrierter Salzsäure und konzentrierter Salpetersäure, - Entfernen (5) der Nitrate durch Erhitzen der Lösung auf 100°C bis 110°C, - Filtrieren (6) des unlöslichen Rückstands, - Trocknen (7) des unlöslichen Rückstands bei einer Trocknungstemperatur (T_D), wobei das metallische Katalysatormaterial (20) zurückgewonnen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der unlösliche Rückstand in einem Mahlprozess (8) gemahlen wird, so dass eine mittlere Korngröße von 10 µm bis 80 pm, insbesondere von 20 µm bis 50 µm erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Pyrolyse bei einer Pyrolysetemperatur (T_P) von 600°C bis 1000°C, insbesondere von 700°C bis 900°C, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das feste Pyrolyseprodukt bei einer Temperatur von 70°C bis 90°C, insbesondere bei einer Temperatur von 80°C, aufgelöst wird, wobei beim Auslösen eine Temperaturhaltung zwischen 3h bis 5h, insbesondere von 4h Stunden angewendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem durch das Erhitzen in dem Gemisch aufgelöste metallische Bestandteile ausgetrieben und abgetrennt werden, wobei der unlösliche Rückstand gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem Platin (Pt) als aufgelöster metallischer Bestandteil abgetrennt und zurückgewonnen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als metallisches Katalysatormaterial Iridium (Ir) zurückgewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem Iridium (Ir) als festes Iridium Black zurückgewonnen wird, wobei eine Reinheit von 97 % bis 99,5 %, insbesondere von 98 % bis 99,3 % an Iridium erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Ausbeute an zurückgewonnenem Iridium Black (Ir) größer als 80%, insbesondere zwischen 92 % und 96 %, bezogen auf die ursprüngliche Menge an Iridium erzielt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, angewendet auf eine Membranelektrodenanordnung (10) der PEM-Wasserelektrolyse.