Elektrolyse

Obwohl der Begriff Elektrolyse meist gleichbedeutend mit der Protonen-Austausch-Membran (PEM) - Elektrolyse verwendet wird, gibt es mit der alkalischen und der Hochtemperaturelektrolyse insgesamt drei Elektrolysetechnologien. Allen drei Verfahren liegt die Aufspaltung von Wasser in seine beiden Bestanteile Sauerstoff und Wasserstoff mit Hilfe eines Stromflusses zu Grunde. Während bei der PEM-Elektrolyse deionisiertes Wasser als Ausgangstoff verwendet wird, ist es bei der Hochtemperaturelektrolyse Wasserdampf und bei der alkalischen Elektrolyse eine Kaliumhydroxidlösung. Die alkalische Elektrolyse ist seit mehr als 80 Jahren weltweit im Einsatz. Die anderen beiden Verfahren sind deutlich jünger. Durch den einfachen Aufbau und den hohen Teillastbereich genießt die PEM-Elektrolyse eine hohe Aufmerksamkeit, um bei der Energiewende ein wichtige Lücke zu schließen, indem Überschußenergie aus dem Stromnetz in das Gasnetz transferiert werden kann, dem sogenannten Power2Gas Verfahren.

Der alkalische Elektrolyseur besteht aus aneinander gereihten Edelstahlplatten. Zwischen den Platten ist jeweils eine Trennmembran angeordnet, so dass an der Minus- und Plus-Seite einer Platte der Wasserstoff und der Sauerstoff getrennt austreten. Diese Art von Elektrolyseuren wird zurzeit weniger in Deutschland aber europaweit eingesetzt.

Der PEM-Elektrolyseur beinhaltet eine hochwertige Membran mit gleichzeitiger Elektrolyt-Funktion, sodass nur reines destilliertes Wasser benötigt wird. Bei den Stromkollektoren werden Titanplatten verwendet. Der produzierte Sauerstoff wird drucklos in den Wasserkreislauf mit ein- bzw. abgeleitet. Am zweiten Ausgang steht Wasserstoff mit einem Reinheitsgrad von über 99,99% und mit einer Druckbelastbarkeit bis 20 bar zur Verfügung. Eine Ionenbelastung, wie sie bei der alkalischen Elektrolyse in Form von sichtbarer Braunfärbung und Ablagerungen auftritt, kann bei einem PEM-Elektrolyse-Stack nahezu ausgeschlossen werden. Damit bietet die PEM-Elektrolyse deutliche Vorteile im Dauereinsatz durch einen geringen Wartungsaufwand.

Der CO2-Fußabdruck des Wasserstoffes ist maßgeblich von der Herkunft des Stromes abhängig. Im Rahmen des Projektes wird daher der eigenproduzierte Strom des BHKW verwendet. Die zweite wichtige Kenngröße ist der Wirkungsgrad, der die Umwandlung der elektrischen Energie in chemische Energie beschreibt. Für eine Steigerung des Wirkungsgrades werden verschiedene Werkstoffpaarungen, Trennmembranen und Stromansteuerungen untersucht.

Elektrolysezelle