Der zunehmende Ausbau von erneuerbaren Energiequellen stellt das Energiesystem vor Herausforderungen. Um das Stromnetz zu entlasten und die Versorgung zu sichern, spielen Wasserstofftechnologien eine wichtige Rolle. Bei der Elektrolyse wird Wasser mithilfe von elektrischem Strom in Sauerstoff und den Energiespeicher Wasserstoff zerlegt. Noch sind die Verfahren vergleichsweise teuer. Im Projekt NextH2 arbeiten Fachleute aus Forschung und Industrie daher an leistungsfähigeren alkalischen Elektrolyseuren.

Elektrolyse

Wasser kann mithilfe von elektrischem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden. Die dafür nötige Vorrichtung nennt man Elektrolyseur. Die kleinste Einheit eines Elektrolyseurs ist die Zelle – bestehend aus Elektroden, Diaphragma und Elektrolyt. Schaltet man mehrere Zellen hintereinander, spricht man von einem Stack. Viele Stacks zusammen bilden ein Modul.

Das Team unter Leitung des Forschungszentrums Jülich konzentriert sich darauf, das Kernelement eines Elektrolyseurs, die Zelle, zu optimieren. Die Beteiligten untersuchen, wie die Dicke der Trennwände zwischen den Elektroden einer Zelle verringert werden kann. Sind diese sogenannten Diaphragmen dünner, können die während der Elektrolyse entstehenden geladenen Teilchen besser fließen. Zudem optimieren die Fachleute die Elektroden, indem sie unterschiedliche Beschichtungen testen.

Anschließend erproben sie die beste Kombination der optimierten Zellbestandteile, also der Elektroden und Diaphragmen. Auf diese Weise möchten die Expertinnen und Experten die Leistung des Verfahrens steigern und die Kosten senken. Dabei soll die alkalische Elektrolyse so weiterentwickelt werden, dass sie besser mit schnellen Lastwechseln in einem Stromnetz zurechtkommt, das zukünftig von einem stark schwankenden Angebot erneuerbarer Energien geprägt ist.

Tests im industriellen Maßstab

Wie sich die Anpassungen auf die Sicherheit und die Langzeitstabilität des Systems auswirken, erforscht das Team ebenfalls. Neben Labortests werden die weiterentwickelten Zellen auch in optimierten Elektrolyseur-Stacks von Thyssenkrupp eingesetzt. Die Ergebnisse aus NextH2 sollen zudem in die Arbeit am internationalen Forschungsprojekt ElementOne einfließen: Thyssenkrupp liefert ein 20 Megawatt großes Modul für die Wasserelektrolyse in Saudi-Arabiens Zukunftsregion Neom, die aktuell gebaut wird. (em)

Was bedeutet alkalische Elektrolyse?

Die alkalische Elektrolyse ist eins von drei bereits etablierten Verfahren, um Wasserstoff durch Spaltung von Wasser mithilfe von Strom zu erzeugen. Die zwei anderen Verfahren sind die Hochtemperatur- und die Protonen-Austausch-Membran-Elektrolyse. Die Verfahren unterscheiden sich unter anderem hinsichtlich der verwendeten leitfähigen Substanzen (Elektrolyten). Im Fall der alkalischen Wasserelektrolyse wird mit einem flüssigen, alkalischen Elektrolyten gearbeitet. Im Gegensatz zu den anderen Verfahren werden bei der alkalischen Elektrolyse keine teuren Materialien wie Reaktionsbeschleuniger aus Edelmetallen oder temperaturfeste Spezial-Keramiken benötigt. Jedoch ist die Stromdichte, also die Stromstärke pro Fläche, um den Faktor fünf geringer. Diese Tatsache mindert die Wasserstoff-Produktion.

NextH2 – Nächste Generation leistungsstarker und effizienter alkalischer Elektrolyseure zur regenerativen H2-Erzeugung

För­der­kenn­zei­chen: 03EI3011A-C

Projektlaufzeit
01.03.2021 28.02.2024 Heute ab­ge­schlos­sen

The­men

Wasserstofferzeugung , Elektrolyse, alkalisch

För­der­sum­me: rund 1,8 Millionen Euro

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