Was ist ein Elektrolyseur und wozu dient er?

Ein Elektrolyseur ist ein Gerät, das mithilfe von Elektrizität Wasser oder andere Stoffe durch Elektrolyse in ihre Bestandteile zerlegt. Elektrolyse ist eine chemische Reaktion, bei der ein elektrischer Strom durch einen Stoff fließt und diesen in seine Grundbestandteile zerlegt.

Bei der Wasserelektrolyse nutzt ein Elektrolyseur elektrischen Strom, um Wassermoleküle in Wasserstoff- und Sauerstoffgase zu spalten. Das Wasserstoffgas kann entweder als komprimiertes Gas oder verflüssigt gespeichert werden. Der erzeugte Sauerstoff wird wieder an die Luft abgegeben oder aufgefangen und gespeichert, um ihn anderen industriellen Prozessen zuzuführen.

Die Komponenten eines Elektrolyseurs

Die Grundform einer Elektrolyseureinheit enthält eine Elektrolysezelle mit zwei Elektroden – einer Kathode (negative Ladung) und einer Anode (positive Ladung) – und einer Membran. Ein Elektrolyseursystem enthält die Elektrolyseurzellenstapel, Pumpen, Entlüftungen, Lagertanks, eine Stromversorgung, einen Separator und andere Betriebskomponenten.

Die Elektrolyse findet innerhalb der Zellstapel statt, wenn ein elektrischer Strom über die Elektrolyte angelegt wird. Die Anode zieht die negativ geladenen Hydroxidionen (OH-) an und setzt Sauerstoffgas (O2) frei. Die Kathode zieht die positiv geladenen Wasserstoffionen (H+) an und setzt Wasserstoffgas (H2) frei.

Wofür werden Elektrolyseure verwendet?

Elektrolyseure werden hauptsächlich zur Erzeugung von Wasserstoffgas eingesetzt. Wasserstoff ist für industrielle Prozesse unerlässlich, beispielsweise für die Ammoniakproduktion zur Herstellung von Düngemitteln und als Treibstoff für Brennstoffzellenanwendungen wie Busse , Lkw und Züge . Sie können auch zur Energiespeicherung genutzt werden, indem überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind-, Solar- und Wasserkraft in Wasserstoffgas umgewandelt wird. Das Gas kann anschließend komprimiert, gespeichert und bedarfsgerecht verwendet werden.

Elektrolyseure variieren in Größe und Funktion und sind skalierbar, um verschiedene Eingabe- und Ausgabeanforderungen zu erfüllen. Ihr Fußabdruck kann von kleinen industriellen Elektrolyseanlagen reichen, die in Schiffscontainern für die Produktion vor Ort installiert sind, bis hin zu großen zentralisierten Wasserstoffproduktionsanlagen, die Wasserstoff per LKW liefern oder an Pipelines für die Erdgasmischung angeschlossen werden können.

Elektrolyseure sind eine ergänzende Technologie zu Brennstoffzellen . Ähnlich wie Batterien erzeugen Brennstoffzellen Strom und Wärme. Im Gegensatz zu Batterien kann eine Brennstoffzelle unbegrenzt Strom erzeugen, solange ein Brennstoff – wie beispielsweise Wasserstoff – kontinuierlich zugeführt wird. Wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen erzeugen Strom, der bei der jeweiligen Anwendung emissionsfrei ist. Das bedeutet, dass keine fossilen Brennstoffe benötigt werden und keine schädlichen Emissionen entstehen.

Die verschiedenen Arten von Elektrolyseuren

Es gibt drei Haupttypen der Wasserelektrolysetechnologie: Protonenaustauschmembran (PEM), Alkali und Festoxid. Jeder Elektrolyseur funktioniert je nach Elektrolytmaterial etwas anders. 

Elektrolyseure mit Protonenaustauschmembran (PEM).

PEM-Elektrolyseure enthalten eine Protonenaustauschmembran, die einen festen Polymerelektrolyten verwendet. Wird während der Wasserelektrolyse ein elektrischer Strom an den Zellstapel angelegt, spaltet sich das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Die Wasserstoffprotonen wandern durch die Membran und bilden auf der Kathodenseite H₂.

Alkalische Elektrolyseure

Alkalische Elektrolyseure enthalten Wasser und eine flüssige Elektrolytlösung wie Kaliumhydroxid (KOH) oder Natriumhydroxid (NaOH). Wird an eine alkalische Zelle Strom angelegt, wandern die Hydroxidionen (OH⁻) durch die Elektrolytlösung von der Kathode zur Anode jeder Zelle. Dabei entstehen Wasserstoffblasen an der Kathode und Sauerstoff an der Anode.

Festoxidelektrolyseure 

Festoxidelektrolyseure oder Festoxidelektrolysezellen (SOECs) sind Festoxidbrennstoffzellen, die im regenerativen Modus betrieben werden. Ein SOEC verwendet einen Festoxid- oder Keramikelektrolyten. Wenn Strom angelegt wird und Wasser in seine Kathode eingespeist wird, wandelt sich das Wasser in Wasserstoffgas und Oxidionen um. Während das Wasserstoffgas zur Reinigung aufgefangen wird, bewegen sich die Oxidionen zur Anode und geben Elektronen an einen externen Kreislauf ab, um zu Sauerstoffgas zu werden.

Elektrolyseure und grüne Wasserstoffproduktion

Grüner Wasserstoff ist erneuerbarer Wasserstoff, der mit Wasserelektrolysetechnologie und Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Sonne oder Wind erzeugt wird. Es gewinnt weltweit an beispielloser Dynamik, und Accelera glaubt, dass es eine Schlüsselkomponente bei der Beschleunigung des Übergangs zu sauberer Energie ist. Die Kommerzialisierung von Elektrolyseuren kann grünen Wasserstoff leichter verfügbar machen und Energiesysteme auf der ganzen Welt in die Lage versetzen, grundlegende Veränderungen vorzunehmen, um Emissionen zu senken und ihre negativen Auswirkungen auf die Umwelt zu verringern.