Ihr Leitfaden zu Elektrolyseuren für die Wasserstofferzeugung

Als Energieträger der Zukunft spielt Wasserstoff eine wichtige Rolle im Kampf gegen die globale Erwärmung. Um Ihre eigene zuverlässige Versorgung mit dem Gas zu erhalten, benötigen Sie nur die richtigen Technologien für die Wasserstofferzeugung, vor allem einen sogenannten „Elektrolyseur“. Das ist der Name des Geräts, in dem Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. 

Sie können diesen Wasserstoff dann unter hohem Druck in Druckbehältern speichern. Bei Bedarf kann dann mithilfe eines Geräts, das als Brennstoffzelle bezeichnet wird, saubere Energie erzeugt werden.

Das Problem ist, dass Wasserstoff das kleinste bekannte Molekül ist, was bedeutet, dass er zu viel Platz für die Speicherung benötigt. Deshalb muss er zunächst komprimiert werden. 

Bei der „Erzeugung von grünem Wasserstoff“ werden Wassermoleküle aufgespalten, um Wasserstoff und reinen Sauerstoff zu erzeugen. Dies erfordert einen Elektrolyseur, der in der Regel im Hinblick auf Kapital- und Betriebskosten der teuerste Teil einer solchen Produktionsanlage ist. Das Gerät macht etwa 70 % der Gesamtkosten dieser Art von Technologien zur Wasserstofferzeugung aus. 

Aber nicht jeder Elektrolyseur ist gleich. Tatsächlich gibt es vier Haupttechnologien. Wenn Sie Ihren eigenen Wasserstoff herstellen möchten, müssen Sie zunächst bestimmen, welcher Elektrolyseur die optimale Lösung für Ihren Betrieb ist. 

Das hängt wiederum von Ihrer Anwendung ab. Die aus Wasserstoff gewonnene Energie kann in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt werden – von wasserstoffbetriebenen Bussen bis hin zu Kraftwerken. 
 

Sehen wir uns die vier verschiedenen Elektrolyseurtypen an und was sie voneinander unterscheidet: 

• Alkalischer Elektrolyseur: Dies sind die ältesten industriellen Elektrolyseure, die schon seit vielen Jahren verwendet werden. Hydroxidionen werden durch den Elektrolyt (in diesem Fall eine alkalische Lösung) von einer Kathode zu einer Anode transportiert. Dadurch entsteht Wasserstoff. 
• PEM-Elektrolyseur (Polymerelektrolytmembran): In diesen Elektrolyseuren wird ein fester Polymerelektrolyt verwendet, um Protonen von der Anode zur Kathode zu leiten. Gleichzeitig sind die Elektroden elektrisch isoliert. 
• Festoxid-Elektrolyseur: Diese Elektrolyseure verwenden ein festes Keramikmaterial als Elektrolyt und erzeugen auf andere Weise Wasserstoff. Bei erhöhten Temperaturen leitet der Elektrolyt negativ geladene Sauerstoffionen. 
• Anionenaustauschmembran (AEM): Diese neue Technologie funktioniert ähnlich wie die alkalische Elektrolyse. Im Gegensatz zur PEM-Elektrolyse ist die Verwendung von teuren Edelmetallen jedoch nicht erforderlich. 

Jedes Elektrolysesystem hat seine eigenen Vorteile und Nachteile.
 

• Alkalisch: Diese Art von Elektrolyseur erfordert keine seltenen Metalle und ist viel günstiger als PEM. Allerdings reagiert er langsam auf Schwankungen und benötigt ca. 20 Minuten zum Starten. 
• PEM: Dies ist inzwischen eine sehr beliebte Technologie. Sie ist teurer als alkalische Elektrolyse – unter anderem, weil seltene Metalle benötigt werden. Sie reagiert jedoch schnell auf Schwankungen und startet sofort. 
• Festoxid: Dies ist die effizienteste Technologie, die kurz vor der industriellen Verwendung steht. Vorerst ist sie aber noch sehr teuer. Es ist aber davon auszugehen, dass die Kosten im Laufe der Zeit sinken werden, wenn die Technologie stärker verbreitet ist.  
• AEM: Diese Technologie, die eine Kombination aus alkalischer und PEM-Elektrolyse darstellt, wird noch nicht industriell genutzt. Sie ist flexibel und erfordert keine Verwendung seltener Metalle. Sobald diese Technologie weiterentwickelt wurde, könnte sie zu einer nachhaltigen Alternative zu PEM werden

Jede dieser Technologien zur Wasserstofferzeugung hat einen eigenen „optimalen Punkt“. Dieser bestimmt, für welche Anwendungen die Technologie optimal eingesetzt werden kann (die nachfolgenden Abbildungen gehen von einem Verdichtungsdruck von 5–100 bar aus). 
 

• Alkalisch: Hier ist der Enddruck relativ niedrig, er liegt zwischen 0 und 16 bar und in seltenen Fällen etwas darüber. Diese bewährte Technologie ist ideal für Anwendungen mit 10–20 MW. 
• PEM: Der Enddruck bei dieser Technologie beträgt 30 bar, kann aber auch um 10 bar höher oder niedriger sein. Dank ihrer schnellen Reaktionszeit ist sie eine gute Wahl für kleinere Anlagen. Sie ist zwar teurer, eignet sie sich auch für eine breitere Palette von Anwendungen (10–40 MW). 
• Festoxid: Diese Technologie erfordert Dampf, sodass sie eine gute Wahl für alle Vorgänge ist, bei denen Prozessdampf erzeugt wird. Der Enddruck entspricht ungefähr dem atmosphärischen Druck. Diese noch relativ neue Technologie eignet sich am besten für Anwendungen mit 5–20 MW.  
• AEM: Die Anwendungen ähneln denen von PEM. Der Enddruck beträgt in der Regel 30 bar, kann aber auch um 10 bar niedriger oder höher sein. Diese Technologie, die noch weiterentwickelt wird, ist ideal für Anwendungen mit 10–40 MW geeignet. 

Atlas Copco hat im Unternehmen mehrere Technologien entwickelt, um jede Art von Elektrolyseurtechnologie zu ergänzen. Dazu gehört auch eine Hybridlösung, die mit verschiedenen Arten von Elektrolyseuren und Anwendungen kompatibel ist. 

Wenn Sie der Meinung sind, dass Sie von dieser Flexibilität profitieren könnten, oder wenn Sie sich nicht sicher sind, welche Technologie für Sie am besten geeignet ist, wenden Sie sich jetzt an einen unserer Experten für die Wasserstofferzeugung. Wir werden mit Ihnen zusammenarbeiten, um die optimale Lösung zu finden.