PEM-Kraftwerk wandelt das Nebenprodukt Wasserstoff in emissionsfreien Strom um
Produktionsanlagen für Chlor-Alkali (CA) wandeln Sole – eine Lösung von Natriumchlorid (Salz, NaCl) – mithilfe von Elektrolyse in Chlor (Cl2) und Natronlauge (NaOH) um. Diese Produkte sind wichtige Rohstoffe für die chemische Industrie, deren Herstellung große Mengen an Strom erfordert. Darüber hinaus produzieren die Kraftwerke auch hochreinen Wasserstoff als Nebenprodukt. In vielen Chlor-Alkali-Anlagen, insbesondere in China, wird dieser einfach durch Entlüften freigesetzt. Das Projekt DEMCOPEM-2MW hat gezeigt, dass die PEM-Technologie diesen Wasserstoff in Strom, Wärme und Wasser umwandeln kann – Ressourcen, die von eben jenen Anlagen ökologisch und ökonomisch vorteilhaft genutzt werden können. DEMCOPEM-2MW wurde durch eine gemeinsame Projektinitiative im Rahmen der gemeinsamen Technologieinitiativen der EU gefördert. Integration der PEM-Technologie Das Herzstück des DEMCOPEM-2MW-Systems sind die PEM-Brennstoffzellen. Diese Zellen wandeln die chemische Energie, die bei der elektrochemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff entsteht, in elektrische Energie um. Eine besondere Gewichtung kommt dabei dem Teil der Zellen zu, in dem die Reaktionen stattfinden. Dieser wird auch „Dreiphasengrenze“ genannt, da hier Elektrolyt, Katalysator und Reaktanten zusammentreffen. „Die Installation der PEM-Technologie in Fertigungsanlagen zur Umwandlung von Wasserstoffgas in Strom ist relativ unkompliziert. Der Wasserstoff wird einfach über eine Leitung aufgefangen und durch den entstehenden Strom können bis zu 20 % an Stromkosten der Chlor-Alkali-Anlage eingespart werden“, so der wissenschaftliche Koordinator Jörg Coolegem. Das System ist grundsätzlich nachhaltig, da der einzige Reaktant reines Wasser ist – das heißt, es werden keine Treibhausgase, NOx, Feinstaub oder andere schädliche Komponenten erzeugt. Die Prozesswärme kann beispielsweise auch zum Vorwärmen der (für die Elektrolyse notwendigen) Sole genutzt werden und das durch die Oxidation von Wasserstoff entmineralisierte Wasser kann unter anderem zur Herstellung der Sole dienen. Die Installation ist für einen Dauerbetrieb von 20 Jahren ausgelegt. Obwohl die Brennstoffzellenstacks in diesem Zeitraum mehrmals ausgetauscht werden müssen, können die meisten Komponenten recycelt und wiederverwendet werden. Um die Herstellungs- und Wartungskosten niedrig zu halten, sind die Brennstoffzellen (insbesondere Membranen, Elektroden und Katalysator) auf Langlebigkeit und die Minimierung von Energieverlusten ausgelegt. Das System funktioniert automatisch über eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). Die Überwachung (Systemdiagnose) und der Betrieb (z. B. Start/Stopp oder Änderung der Produktionskapazität) werden ferngesteuert ausgeführt. Bereit für die Markteinführung Nach der Entwicklung einer 1-MW-Anlage erreichte das Projekt mit dem derzeitigen 2-MW-System, das von MTSA Technopower in den Niederlanden entwickelt und gebaut wurde, einen weiteren Meilenstein. Nach der Installation der von Nedstack hergestellten Brennstoffzellen wurde das Gesamtsystem erfolgreich getestet. „Die Technologie kann jetzt auf den Markt gebracht werden. Tatsächlich wurde bereits eine Werksabnahme mit Ynnovate, einem Käufer des Systems, im chinesischen Yingkou durchgeführt. „China ist der ideale Markt, da die Strompreise doppelt so hoch sind wie in Europa und China einen Anteil von 50 % an der weltweiten Herstellung von Chlor-Alkali hält, weshalb effizienter Strom eine wichtige Rolle spielt“, sagt der technische Koordinator Jan ten Have. Für Märkte, in denen Wasserstoff nicht bereits als Nebenprodukt erzeugt wird, könnten Speicherkraftwerke für die Zwischenspeicherung temporärer Überschüsse an erneuerbaren Energien (z. B. aus Wind oder Sonne) in Form von Wasserstoff neue Möglichkeiten eröffnen. Bei einem Mangel an erneuerbaren Energien könnte dieser Wasserstoff mithilfe eines PEM-Kraftwerks in Strom umgewandelt werden. Die Technologie könnte zudem auch vom Verkehrssektor übernommen werden, beispielsweise für den Schiffs- und Schienenverkehr.
Schlüsselbegriffe
DEMCOPEM-2MW, Energie, Strom, emissionsfrei, emissionsarme Wirtschaft, Wasserstoff, Protonenaustauschmembran, Chlor-Alkali, Sole, Oxidation, erneuerbar
