Elektrolyse

Aus Wasser wird
Wasserstoff

Dank Strom aus erneuerbaren Energiequellen wird aus Wasser und der Elektrolyse der »grüne Wasserstoff«.

Technologie: Elektrolyse

Wasserelektrolyse ist die Zerlegung von Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff in einem Elektrolyseur. Die drei für Power to Gas relevanten Verfahren der Elektrolyse sind:

  • die alkalische Wasserelektrolyse mit einem flüssigen basischen Elektrolyt
  • die saure bzw. Polymer-Elektrolyt-Membran-Elektrolyse (kurz PEM-Elektrolyse) mit einem polymeren Festelektrolyt
  • die Hochtemperatur-Wasserdampfelektrolyse mit einem Festoxid als Elektrolyt

Elektrolyse als Schlüsseltechnologie

Die Elektrolyseanlage ist die Schlüsseltechnologie für die Power-to-Gas-Technologie, da sie für die Erzeugung von Wasserstoff aus Strom notwendig ist. Grundsätzlich bieten sich mehrere technische Konzepte an, die Wasser mit Hilfe von Strom katalytisch zu Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen. Die technisch seit vielen Jahrzehnten erprobte Technologie ist die alkalische Elektrolyse (AEL = Alkaline Electrolysis), die bei niedrigen Temperaturen (< 100 °C) und gemäßigten Drücken betrieben wird. Sie ist robust, kostengünstig, muss aber für einen Start/Stopp-Betrieb und höhere Dynamik jeweils projektspezifisch ertüchtigt werden.

Zukunftspotenzial

Als Technologie mit großem Zukunftspotenzial für hohe Energiedichte und damit geringen Platzbedarf zur Aufstellung, hohe Systemdynamik und niedrige Serienfertigungskosten (durch Synergien mit PEM-Brennstoffzellen) gilt die PEM-Elektrolyse (PEMEL = Proton Exchange Membrane Electrolysis), die ebenfalls bei niedrigen Temperaturen aber geringfügig höheren Drücken betrieben werden kann (< 10 MPa). Diese Technologie bietet sich insbesondere wegen des geringen Flächenbedarfes, der hohen Dynamik und Modularität für einen Vor-Ort-Betrieb an Tankstellen oder für dezentrale Power-to-Gas-Konzepte an. Eine breite Serienreife mit entsprechend reduzierten Serienfertigungskosten wird ab ca. 2020 erwartet. Diese Technik wird im Projekt H2ORIZON bereits eingesetzt.

Im Gegensatz dazu befindet die Hochtemperaturelektrolyse noch im Forschungs- und Entwicklungs-Stadium.