Alkalischer elektrolyseur

Arten von alkalischen Elektrolyseuren

Ein alkalischer Elektrolyseur ist ein Gerät, das Wasserstoffgas durch Elektrolyse von Wasser in Gegenwart einer Alkali erzeugt. Alkalische Elektrolyseure produzieren grünen Wasserstoff durch den Einsatz erneuerbarer Energiequellen wie Solar- oder Windkraft. Es gibt drei Haupttypen von alkalischen Elektrolyseuren. Der erste ist die bifunktionale Zellkonstruktion, die die gleichen Elektroden sowohl für die Wasserstoffproduktion als auch für den Wasserstoffverbrauch verwendet. Bei diesem Design spaltet sich das Wasser an der Anode in Sauerstoff- und Wasserstoffionen auf. Die Wasserstoffionen wandern dann zur Kathode, wo sie sich wieder zu Wasserstoff verbinden. Der zweite Typ von alkalischem Elektrolyseur ist die Elektrolysezelle, ein gängigeres Modell. Bei diesem Typ sind zwei Elektroden in eine Elektrolytlösung getaucht. Die Elektroden sind durch eine durchlässige Membran getrennt. Eine externe Stromquelle wird dann verwendet, um einen elektrischen Strom durch die Elektroden zu leiten und das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Schließlich verwendet der Hochtemperaturalkalielektrolyseur Nickelbasislegierungen als Elektrodenmaterialien. Er muss außerdem eine bestimmte Temperatur überschreiten, um Wasserstoff effizient zu produzieren.

Alkalische Elektrolyseurzellen bestehen typischerweise aus folgenden Komponenten:

• Elektroden: Die Elektroden in alkalischen Elektrolyseuren bestehen aus Nickelbasislegierungen, Edelstahl oder anderen leitfähigen Materialien. Die Wahl des Materials beeinflusst die Effizienz und die Lebensdauer der Elektroden.
• Elektrolyt: Die Elektrolytlösung in einem alkalischen Elektrolyseur liefert die für die elektrochemische Reaktion notwendigen Hydroxidionen (OH-). Übliche alkalische Elektrolyte sind Kaliumhydroxid (KOH) und Natriumhydroxid (NaOH).
• Separator/Diaphragma: Der Separator oder das Diaphragma in alkalischen Elektrolyseuren verhindert die sofortige Rekombination von Wasserstoff- und Sauerstoffgasen. Er verhindert auch die Vermischung der Anode und Kathode Elektrolytlösungen. Der Separator/das Diaphragma besteht in der Regel aus organischen Polymeren, Keramik oder einem Verbundwerkstoff aus beiden Materialien.
• Zellgehäuse: Das Zellgehäuse schützt die inneren Komponenten des alkalischen Elektrolyseurs vor externen Umwelteinflüssen. Es verhindert außerdem das Austreten von Gasen. Das Gehäusematerial ist in der Regel korrosionsbeständiges Metall oder ein beschichtetes Material.

Spezifikationen und Wartung

Die Spezifikationen eines alkalischen Elektrolyseurs hängen von seiner Konstruktion und der vorgesehenen Anwendung ab. Wichtige Spezifikationen sind Kapazität oder Produktionsrate, Druckbereich, Temperaturbereich, Reinheit, Effizienz und Abmessungen.

• Kapazität oder Produktionsrate: Sie wird in der Regel in Nm3/h oder kg/h Wasserstoffproduktion angegeben. So hat beispielsweise ein kleinformatiger Elektrolyseur eine Kapazität von 0,1 bis 5 Nm3/h, während großformatige Einheiten Dutzende oder Hunderte von Nm3/h produzieren können.
• Druckbereich: Alkalische Wasserstoffelektrolyseure arbeiten bei verschiedenen Drücken, typischerweise zwischen 1 und 30 bar. Einige können auch bei höheren Drücken, z. B. 50 bar oder mehr, arbeiten, aber diese sind nicht üblich. Sie können einen Niederdruckbetrieb (1-5 bar), einen Mitteldruckbetrieb (10-20 bar) und einen Hochdruckbetrieb (bis zu 50 bar) haben.
• Temperaturbereich: Die Betriebstemperatur des alkalischen Elektrolyseurs liegt typischerweise zwischen 50 °C und 80 °C, kann aber in einigen Fällen auch höher sein, bis zu 90 °C.
• Reinheit: Alkalische Elektrolyseure können Wasserstoff mit einer Reinheit von 99,9 % oder höher produzieren.
• Effizienz: Der Energieverbrauch eines alkalischen Elektrolyseurs liegt in der Regel bei 3-5 KW/Nm3, abhängig von der Elektrolytkonzentration, der Temperatur, dem Druck, der Stromdichte usw.
• Abmessungen: Die Abmessungen eines alkalischen Elektrolyseurs variieren je nach Konstruktion und Kapazität. So kann beispielsweise ein containerisierter alkalischer Elektrolyseur Abmessungen von etwa 6 m x 2,4 m x 2,6 m haben.

Die ordnungsgemäße Wartung eines Alkalischen Wasser-Elektrolyseurs sorgt für eine effiziente und sichere Wasserstoffproduktion. Die regelmäßige Inspektion ist der erste Schritt und sollte eine Routinepraxis für die Elektrolyseeinrichtung sein. Komponenten wie Druckbehälter und Pumpen müssen regelmäßig geprüft werden, um eventuelle Probleme schnell zu erkennen. Darüber hinaus werden durch den rechtzeitigen Austausch von verschlissenen Teilen Betriebsstörungen verhindert. Die Überwachung der Betriebsparameter folgt direkt nach den Inspektionen, wobei bestimmte Parameter wie Temperatur, Druck und Durchflussraten regelmäßig anhand der Empfehlungen des Herstellers geprüft werden. Alle festgestellten Abweichungen werden umgehend korrigiert, damit die Systeme immer unter optimalen Bedingungen einwandfrei laufen.

Außerdem muss die Wasserqualität, die in alkalischen Elektrolyseuren verwendet wird, überwacht und kontrolliert werden, um Ablagerungen oder Ablagerungen zu vermeiden, die ihre Funktionalität beeinträchtigen könnten. Die chemischen Konzentrationen innerhalb des Elektrolyseurs sollten ebenfalls geprüft werden, damit sie ausgeglichen bleiben und so die Wirksamkeit über einen längeren Zeitraum erhalten bleibt. Es sollten auch Reinigungsverfahren für die inneren Teile der Anlage und Kalibrierverfahren für die Sensoren und Geräte, die mit diesen Geräten verwendet werden, eingeführt werden.

Szenarien von alkalischen Elektrolyseuren

• Grünwasserstoffproduktion: Der großformatige alkalische Elektrolyseur ist ein wichtiger Akteur im großen Übergang zu einer grüneren Zukunft. Als Rückgrat der Nutzung erneuerbarer Energien wandelt er überschüssigen Strom aus erneuerbaren Quellen wie Wind, Sonne und Wasserkraft effizient durch Wasserelektrolyse in grünen Wasserstoff um. Dieser Prozess trägt nicht nur zur Optimierung der erneuerbaren Energien bei, sondern deckt auch den wachsenden Bedarf an sauberem Wasserstoff.
• Energiespeicherung: Alkalische Elektrolyseure bieten eine zuverlässige und effiziente Lösung für die Energiespeicherung. Durch die Umwandlung von überschüssiger elektrischer Energie durch Elektrolyse erzeugt und speichert der Elektrolyseur Wasserstoff, der als Energieträger dient. Dieser gespeicherte Wasserstoff kann über Brennstoffzellen oder Verbrennungsturbinen wieder in Strom und kohlenstofffreies Wasser umgewandelt werden und so eine flexible Stromerzeugung ermöglichen.
• Industrielle Anwendungen: Alkalische Elektrolyseure spielen eine entscheidende Rolle bei der Bereitstellung von Wasserstoff für verschiedene industrielle Anwendungen. Sie produzieren Wasserstoff für die chemische Industrie, der anschließend für die Herstellung von Ammoniak, Methanol und anderen chemischen Produkten verwendet wird. Darüber hinaus liefern alkalische Elektrolyseure Wasserstoff für Raffinerien, der für Prozesse wie Hydrocracken, Entschwefelung und Hydrierung verwendet wird. Außerdem kann der mit alkalischen Elektrolyseuren erzeugte Wasserstoff in der Metallverarbeitung, beim Schweißen, in Brennstoffzellen und anderen Industrien eingesetzt werden.
• Dekarbonisierung: Alkalische Elektrolyseure sind eine Schlüssellösung für die Dekarbonisierung in verschiedenen Sektoren. Sie stellen Wasserstoff bereit, um Kohlendioxidemissionen zu reduzieren und so zur Dekarbonisierung industrieller Produktionsprozesse beizutragen. So können beispielsweise alkalische Elektrolyseure Wasserstoff liefern, um fossile Brennstoffe in Hochtemperatur-Wärmeprozessen zu ersetzen, und Industrien beim Übergang zu sauberen Energiequellen unterstützen.
• Transport: Alkalische Elektrolyseure bieten eine nachhaltige Lösung für die Wasserstoffproduktion und tragen zur Entwicklung des Wasserstofftransports bei. Wasserstoff kann für Wasserstoff-Kraftfahrzeuge wie Autos, LKWs und Busse erzeugt werden, und Wasserstoffproduktionsstationen werden in die Infrastruktur von Städten und Ballungsräumen integriert.

So wählen Sie einen alkalischen Elektrolyseur aus

• Produktionskapazität:

  Bei der Auswahl eines alkalischen Elektrolyseurs ist die erste Überlegung die H2-Produktionskapazität. Dies liegt daran, dass die benötigte Menge je nach den verschiedenen Anwendungsszenarien und den Bedürfnissen des Unternehmens variieren kann.

• Energieeffizienz:

  Die Energieeffizienz ist ein weiterer entscheidender Faktor. Die Auswahl eines alkalischen Elektrolyseurs mit hoher Energieausnutzung kann dazu beitragen, die Betriebskosten und die Umweltbelastung zu senken.

• Materialien und Konstruktion:

  Die Materialien und die Konstruktion eines alkalischen Elektrolyseurs beeinflussen auch seine Leistung und Lebensdauer. Insbesondere die Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit der Zellmembran und der Elektrode sind wichtige Überlegungen für den langfristigen Betrieb und die Wartung.

• Technologie und Marke:

  Es gibt viele verschiedene Technologien auf dem Markt, und Käufer müssen einen geeigneten alkalischen Elektrolyseur wählen, der zu ihren bestehenden Systemen und Technologien passt.

• Betriebs- und Steuerungssystem:

  Käufer müssen auch das Betriebs- und Steuerungssystem des alkalischen Elektrolyseurs berücksichtigen. Eine benutzerfreundliche Oberfläche und kontrollierbare Flexibilität können den Betriebsprozess vereinfachen und die Anpassung und Optimierung erleichtern.

• Sicherheit und Einhaltung gesetzlicher Vorschriften:

  Darüber hinaus sollten Käufer sicherstellen, dass der gewählte alkalische Elektrolyseur die notwendigen Sicherheitsstandards und -vorschriften erfüllt. Dies ist entscheidend für einen sicheren und zuverlässigen Betrieb.

• Kosten und Budget:

  Letztendlich müssen Käufer eine umfassende Bewertung der Leistung, Qualität und Sicherheit des alkalischen Elektrolyseurs auf der Grundlage ihres Budgets vornehmen. Obwohl die Kosten ein wichtiger Faktor sind, müssen Käufer auch den langfristigen Wert berücksichtigen, den das Produkt bringen wird.

Alkalischer Elektrolyseur FAQ

F1: Was ist der Hauptunterschied zwischen sauren und alkalischen Elektrolyseuren?

A1: Der Hauptunterschied zwischen alkalischen und PEM-Elektrolyseuren liegt in der Art des Elektrolyten, den sie verwenden. Alkalische Elektrolyseure verwenden eine flüssige alkalische Lösung, während PEM-Elektrolyseure ein festes Polymer verwenden.

F2: Was sind die Vorteile von alkalischen Elektrolyseuren?

A2: Alkalische Elektrolyseure sind etabliert, und ihre Technologie ist weit verbreitet. Dies hat zu einer sehr wettbewerbsfähigen Preisgestaltung für große Anlagen geführt. Großformatige alkalische Elektrolyseure haben außerdem eine hohe Produktionskapazität.

F3: Was sind die Nachteile von alkalischen Elektrolyseuren?

A3: Die Nachteile von alkalischen Elektrolyseuren sind die großen Wassermengen, die sie benötigen, die vor der Verwendung gereinigt werden müssen. Außerdem kann die Verwaltung der Pumpen und Rohre für das Wasser und die Lauge ein komplizierter Prozess sein. Ein weiteres Problem ist die Fähigkeit des alkalischen Elektrolyseurs, seine Produktion zu schwanken. Alkalische Elektrolyseure können ihre Wasserstoffproduktion nicht an die Verfügbarkeit erneuerbarer Energien anpassen.

F4: Wie kann die Produktion von alkalischen Elektrolyseuren schwanken?

A4: Die Produktion eines alkalischen Elektrolyseurs kann durch die Verwendung eines Wasserstoffspeichersystems wie Druckbehältern oder durch die Verwendung eines festen oder flüssigen Speichersystems schwanken. Eine weitere Möglichkeit ist die Kopplung des alkalischen Elektrolyseurs mit einem Hybridsystem, das Batterien enthält.