Neue Durchbrüche bei der Wasserstofferzeugung für eine kostengünstige, saubere Energie

Wasserstoff ist ein sauberer Energieträger, solange die Elektrolyse über erneuerbare Elektrizität erfolgt. Die Einbindung der Wasserelektrolyse in intermittierende erneuerbare Energiequellen (Renewable Energy Sources, RESs) bringt jedoch eine Reihe von Herausforderungen mit sich, denen sich EU-finanzierte jetzt erfolgreich angenommen haben.

Energie

Die EU hat sich dazu verpflichtet, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu reduzieren, um die Treibhausgasemissionen zu senken und gleichzeitig die Energiesicherheit zu erhöhen. Die Nutzung von RESs wird eine verbesserte Technologie und ein effizienteres Management variabler Lasten erforderlich machen. Die Wasserstofferzeugung aus der Wasserelektrolyse ist ein vielversprechender Weg, um Schwankungen bei den RESs auszugleichen. Die Elektrolyse mit alkalischem Wasser ist ein bewährtes Verfahren, die Elektrolyseure bedürfen allerdings der Verbesserung. Im Rahmen von RESELYSER (Hydrogen from RES: Pressurised alkaline electrolyser with high efficiency and wide operating range) entwickelten Forscher hocheffiziente und kostengünstige alkalische Hochdruck-Wasserelektrolyseure, die in RESs integrierbar sind und welche auf fortschrittliche Membrankonzepte, effiziente Elektroden und neue Zelldesigns zurückgreifen. Die neu entwickelten alkalischen Elektrolyseure mit 300 cm2 operieren bei hohen Betriebstemperaturen und lassen sich in RESs integrieren. Die für einen intermittierenden Betrieb optimierten Elektrolyseure zeigen selbst bei Ein-/Aus-Zyklen während eines lang anhaltenden Betriebs mit RESs eine stabile und hohe Effizienz. Dies sollte die Marktdurchdringung für eine Vielzahl von Anwendungen vereinfachen. Die Forscher demonstrierten erfolgreich eine neuartige Trennmembran, die „e-bypass“-Kompositmembran mit drei Schichten und interner elektrolytischer Zirkulation. Zwei angrenzende Trennschichten sind durch einen Umgehungskanal zwischengeschaltet. In diesem Kanal ist ein frischer Elektrolytlösungsstrom enthalten, um einen Betrieb mit geringer Last bei höheren Temperaturen für eine Vielzahl von Betriebstemperaturen zu erreichen. Innovative Zelldesigns verbesserten den Massetransfer und verringerten Gasverunreinigungen bei hohem Druck und bei einem Betrieb mit geringer Leistung. Der e-bypass-Separator macht eine Elektrolyse bei sehr geringen Lasten (Stromdichten weit unterhalb von 0,2 A/cm2) und bei hohem bis sehr hohem Druck (weit über 30 bar) möglich. Bei der klassischen Elektrolyse werden unter diesen Bedingungen schwer verunreinigte Gase erzeugt. Die dritte Kammer und der Elektrolytfluss im Inneren des e-bypass lösen dieses Problem jedoch. Es wurde festgestellt, dass die Gasverunreinigung bei einem Betrieb mit 30 bar in etwa einem Betrieb mit 10 bar bei einer konventionellen Vorrichtung entsprach. Es wurden fortschrittliche Elektrolyseur-Elektroden hergestellt, indem ohne die Verwendung kostenintensiver Edelmetalle einfache Nickelelektroden mit einer aktiven Schicht überzogen worden waren. Zusätzlich zu geringeren Kosten ermöglichen diese im Vergleich zu konventionellen Elektroden einen um 50 % geringeren Elektrodenverlust. Die RESELYSER-Entwicklungen führten zu einer einfacheren Einbindung von Elektrolyseuren in intermittierende Energiequellen. Elektrolyseure können den Beitrag variabler erneuerbarer Energien stabilisieren, indem Energiespeicherdienste ermöglicht werden und gleichzeitig Transportkraftstoff zur Unterstützung der zukünftigen Wasserstoffwirtschaft geliefert wird.

Schlüsselbegriffe

Wasserstofferzeugung, saubere Energie, Elektrolyse, erneuerbare Energiequellen, RESELYSER

Hydrogen from RES: pressurised alkaline electrolyser with high efficiency and wide operating range

Neue Durchbrüche bei der Wasserstofferzeugung für eine kostengünstige, saubere Energie

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