Elektrolyseanlagen

Elektrolyseanlagen sind Systeme zur Erzeugung von Wasserstoff durch Wasserelektrolyse. Sie wandeln elektrische Energie in chemische Energie um, indem Wasser an der Anode Sauerstoff und am Kathoden Wasserstoff freisetzt. Die Grundreaktion lautet: 2 H2O → 2 H2 + O2. Das Gasgemisch wird separat gesammelt und aufbereitet, um Reinheit und Sicherheitsanforderungen zu erfüllen.

Haupttypen und Funktionsprinzip: Alkalische Elektrolyse (AWE) nutzt eine flüssige Elektrolyt-Lösung und Gasdiffusionslagen; Protonenleitende Membran (PEM) arbeitet mit einer festen Polymermembran; Hochtemperatur-Elektrolyse (SOEC) erfolgt bei erhöhten Temperaturen und bietet Potenzial für höhere Wirkungsgrade. Unterschiede betreffen Elektrolyt, Betriebsspannung, Druck und Reaktionskinetik. PEM-Systeme arbeiten typischerweise bei Drücken von bis zu 30–80 bar, Alkaline oft bei oder knapp über Atmosphärendruck; SOECs erfordern hohe Temperaturen und komplexere Wärmeverwaltung.

Komponenten und Betrieb: Eine Elektrolysezelle oder ein Stack, ergänzt durch Balance of Plant (Wasseraufbereitung, Gasreinigung, Konditionierung, Pumpen, Wärmerückgewinnung) sowie Leistungselektronik. Reines Wasser ist nötig; das erzeugte Gas wird getrennt, ggf. komprimiert und gespeichert. Sicherheit, Gasqualität und Materialbeständigkeit sind zentrale Anforderungen.

Anwendungen und Vorteile: Produktion von Wasserstoff für Industrie, Verkehr und Chemie; Speicherung erneuerbarer Energie durch Power-to-Gas; Integration in Stromnetze zur Last- und Flexibilitätssteuerung. Umweltaspekte hängen stark vom eingesetzten Strommix ab: bei erneuerbarer Energiequelle ist der CO2-Fußabdruck niedrig, während Sauerstoff als Nebenprodukt entsteht. Herausforderungen sind Investitions- und Betriebskosten, Lebensdauer der Zellen, Degradation und Sicherheitsaspekte.