Elektrolyseure sind Geräte, die Elektrizität nutzen, um Wasser oder andere Elektrolyte in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Sie implementieren einen Prozess namens Elektrolyse. Es gibt verschiedene Elektrolyseurtechnologien, jede mit ihren eigenen Vor- und Nachteilen und Eigenschaften.
Hauptkategorien #
Die folgende Liste fasst einige häufig verwendete Elektrolyseurtechnologien zusammen, um einen Überblick zu geben:
- Alkalische Elektrolyseure: Sie verwenden 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 effizient, langlebig und relativ kostengünstig. 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. Die folgende Abbildung zeigt eine Version im Labormaßstab zusammen mit einem FLEXI HyCo Speicherkomprimierungsgerät.
- 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.
- 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.
- Photoelektrochemischer Elektrolyseur: Diese Technologie kombiniert lichtabsorbierende Halbleiter und elektrochemische Prozesse, um die Wasserspaltungsreaktion voranzutreiben. Die Elektrolyseure nutzen Sonnenenergie, um den für die Elektrolyse benötigten Strom zu erzeugen, wodurch eine externe Stromquelle überflüssig wird.
Anträge #
In der heutigen relativ frühen Phase der Industrieentwicklung hat sich keine klare Technologiepräferenz für jede Anwendung herausgebildet. Typische Anwendungen für jede Technologie sind jedoch im Folgenden zusammengefasst:
- Alkalische Elektrolyseure werden häufig in großindustriellen Anwendungen und zur Wasserstofferzeugung eingesetzt, aber neue Versionen können auch in Verbindung mit erneuerbaren Energiequellen eingesetzt werden.
- PEM-Elektrolyseure eignen sich für verschiedene Anwendungen, darunter die Speicherung erneuerbarer Energien, Wasserstofftankstellen und kleine verteilte Systeme.
- Festoxid-Elektrolyseurzellen werden oft als geeignete Technologie für Großanwendungen beschrieben, bei denen Hochtemperatur-Wärmequellen wie überschüssige Abwärme oder erneuerbare Energien zur Verfügung stehen. Die Firma Bloom Energy bietet diese Technologie an und hat darauf aufbauend relativ große Elektrolyseure errichtet.
- Anionenaustauschmembran-Elektrolyseure (AEM) sind eine aufstrebende Technologie, für die heute nur eine Lösung kommerziell erhältlich ist. Ein Beispiel für eine AEM-Anwendung in einem GRZ-Projekt ist das EWB-Projekt.
- Photoelektrochemische Elektrolyseure befinden sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium, versprechen aber eine nachhaltige und direkte solarbetriebene Wasserstoffproduktion.
Schlussfolgerung #
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.
