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Aktualisiert am 19 Juni 2024

Elektrolyse-Technologien

Elektrolyseure sind Geräte, die Elektrizität nutzen, um Wasser oder andere Elektrolyte in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Der damit verbundene Prozess wird als Elektrolyse bezeichnet. Es gibt verschiedene Elektrolyseurtechnologien, jede mit ihren eigenen Vor- und Nachteilen und Eigenschaften.

Einige häufig verwendete Elektrolyseurtechnologien werden hier zusammengefasst, um einen Überblick zu geben:

  • Alkalische Elektrolyseure: Diese Art von Elektrolyseur verwendet einen flüssigen alkalischen Elektrolyten für den Elektrolyseprozess, typischerweise eine Lösung von Kaliumhydroxid (KOH). Die Systeme arbeiten bei relativ hohen Temperaturen und produzieren Wasserstoff in der Regel bei mittleren Drücken von 10-30 bar(g). Sie werden seit mehreren Jahrzehnten verwendet. Alkalische Elektrolyseure sind bekannt für ihre Effizienz, Langlebigkeit und relativ niedrigen Kosten. Sie werden häufig in großindustriellen Anwendungen und zur Wasserstofferzeugung eingesetzt, aber neue Versionen können auch in Verbindung mit erneuerbaren Energiequellen eingesetzt werden. Bestimmte Varianten erzeugen Wasserstoff knapp über dem Umgebungsdruck.
  • Protonenaustauschmembran-Elektrolyseur (PEM): PEM-Elektrolyseure verwenden eine feste Polymerelektrolytmembran wie Nafion, die selektiv den Transport von Protonen (H+) ermöglicht. PEM-Elektrolyseure arbeiten bei niedrigeren Temperaturen und höheren Drücken von 30-40 bar(g) im Vergleich zu alkalischen Elektrolyseuren. Sie bieten schnelle Reaktionszeiten, hohe Effizienz und Flexibilität für den dynamischen Betrieb. PEM-Elektrolyseure eignen sich für verschiedene Anwendungen, darunter die Speicherung erneuerbarer Energien, Wasserstofftankstellen und kleine verteilte Systeme.
  • Festoxid-Elektrolyseur-Zelle: Diese Art von Elektrolyseur arbeitet bei hohen Temperaturen von typischerweise über 600 °C und verwendet einen festen keramischen Elektrolyten, wie z. B. Yttriumdioxid-stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ). Die Technologie hat den Vorteil, dass sie reversibel ist, was bedeutet, dass eine Elektrolyseur gleichzeitig auch eine Brennstoffzelle ist, die aus Wasserstoff Strom erzeugen kann. Diese Elektrolyseure werden vor allem in großtechnischen Anwendungen eingesetzt, in denen Hochtemperatur-Wärmequellen wie überschüssige Abwärme oder erneuerbare Energien zur Verfügung stehen. Ein Unternehmen, das für diese Technologie bekannt ist und relativ große Elektrolyseure auf Basis der Technologie errichtet hat, ist Bloom Energy.
  • Anionenaustauschmembran (AEM)-Elektrolyseure: AEM-Elektrolyseure verwenden eine Anionenaustauschmembran als Elektrolyt. AEM-Elektrolyseure sind eine aufstrebende Technologie im Bereich der Wasserstofferzeugung und gewinnen aufgrund ihrer potenziellen Vorteile gegenüber anderen Elektrolyseurtechnologien an Aufmerksamkeit, insbesondere weil sie keine seltenen Metalle wie andere Technologien benötigen. Eine Lösung ist heute im Handel erhältlich. Ein Beispiel für eine AEM-Anwendung in einem GRZ-Projekt ist das EWB-Projekt.
  • Photoelektrochemischer Elektrolyseur: Diese Technologie verwendet eine Kombination aus lichtabsorbierenden Halbleitern und elektrochemischen Prozessen, um die Wasserspaltungsreaktion voranzutreiben. Die Elektrolyseure nutzen Sonnenenergie, um den für die Elektrolyse benötigten Strom zu erzeugen, wodurch eine externe Stromquelle überflüssig wird. Heute befindet sich die Technologie noch in einem frühen Entwicklungsstadium, verspricht aber eine nachhaltige und direkte solarbetriebene Wasserstoffproduktion.

Das Bild unten zeigt einen PEM-Elektrolyseur, der zur Erzeugung von Wasserstoff für einen FLEXI HyCo-Speicher verwendet wird.

FLEXI HyCo Speicher Kompressionsgerät mit einem PEM-Elektrolysesystem.
Ein Wasserstoffkompressor des Herstellers GRZ und ein PEM-Elektrolyseur, der ca. 36 Normliter pro Stunde produziert, d.h. ca. 3,2 gH2/h.

Jede Elektrolyseurtechnologie hat ihre eigenen Vorteile, darunter Effizienz, Betriebsbedingungen, Skalierbarkeit und Kosten. Die Wahl der Elektrolyseurtechnologie hängt von Faktoren wie der Anwendung, dem Produktionsumfang, der verfügbaren Infrastruktur und den spezifischen Anforderungen des Systems ab.

GRZ hat verschiedene Hersteller vom Labor- bis zum MW-Maßstab integriert und kann Ihnen helfen, Ihr Projekt erfolgreich zu realisieren.

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