Industrieller elektrolyseur

Arten von industriellen Elektrolyseuren

Ein industrieller Elektrolyseur ist ein Gerät, das den Elektrolyseprozess nutzt, um Moleküle in verschiedene Bestandteile zu zerlegen. Dieser Prozess hilft hauptsächlich bei der Produktion von Wasserstoff in großen Mengen für verschiedene Anwendungen. Es gibt verschiedene Arten von Elektrolyseuren, die unter bestimmten Bedingungen arbeiten, um Wasserstoff aus Wasser und kohlenstofffreiem Strom zu erzeugen. Die folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Arten von industriellen Elektrolyseuren und deren Eigenschaften.

• Protonenaustauschmembran (PEM)

  Der industrielle Elektrolyseur mit Protonenaustauschmembran besteht aus einer Polymermembran, die Protonen durchlässt und Elektronen und Gase voneinander trennt. Typischerweise liegt der Temperaturbereich eines PEM-Elektrolyseurs zwischen 50 °C und 80 °C. Dieser Elektrolysetyp hat eine kompakte Bauweise und eine schnelle Reaktion auf Änderungen des elektrischen Eingangs. Diese Vorteile machen ihn für den Betrieb mit variablen erneuerbaren Energiequellen wie Solar- und Windenergie geeignet.

• Alkalisch

  Ein alkalischer industrieller Elektrolyseur verwendet eine flüssige Lösung von Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid als Elektrolyt. Die hohe Leitfähigkeit der alkalischen Lösung ermöglicht eine effektive Wasserstoffproduktion und Sauerstoffabscheidung. Der Temperaturbereich eines alkalischen Elektrolyseurs liegt zwischen 60 °C und 80 °C. Alkaline Elektrolyseure werden seit mehreren Jahrzehnten in Anwendungen zur großtechnischen Wasserstoffproduktion eingesetzt. Dies verleiht ihnen eine zuverlässige Erfolgsbilanz.

• Festkörperelektrolyt

  Ein Festkörperelektrolyseur verfügt über eine keramische elektrolytlumineszierende Membran, die den Durchgang von Sauerstoffionen ermöglicht. Die Betriebstemperatur dieses Elektrolysetyps liegt zwischen 700 °C und 1.000 °C. Festkörperelektrolyseure arbeiten bei hohen Temperaturen. Dies verbindet sie direkt mit Prozessen, die Wärme erzeugen, wie z. B. Dampferzeugung oder Abgas von Gasturbinen. Diese Eigenschaft verbessert den Gesamtwirkungsgrad des Wasserstoffproduktionsprozesses.

Spezifikationen und Wartung von industriellen Elektrolyseuren

Die Spezifikationen für industrielle Elektrolyseure variieren je nach Typ, Modell und beabsichtigter Anwendung.

• Kapazität: Dies bezieht sich auf die Produktionsmengen oder Mengen an Gasen, wie z. B. Wasserstoff, die der Elektrolyseur erzeugen kann. Beispielsweise können industrielle PE-Elektrolyseure mehrere hundert Kilogramm bis zu einigen Tonnen Wasserstoff pro Stunde produzieren.
• Effizienz: Dies stellt den Umwandlungsgrad von elektrischer Energie in chemische Energie dar. Die Betriebseffizienz eines Elektrolyseurs hat einen erheblichen Einfluss auf seine wirtschaftliche Machbarkeit und seinen Energieverbrauch. Industrielle Elektrolyseure haben in der Regel einen Umwandlungswirkungsgrad von 60 % bis 80 %.
• Betriebsdruck: Dies ist der Bereich der Arbeitsdrücke, innerhalb dessen der Elektrolyseur funktioniert. Bestimmte industrielle Anwendungen erfordern möglicherweise einen Betrieb bei höheren Drücken. Beispielsweise erfolgt die Wasserstoffproduktion oft unter Druck, um die Lagerung und die anschließende Verarbeitung zu erleichtern.
• Betriebstemperatur: Dies gibt den Temperaturbereich an, der für die Funktion des Elektrolyseurs geeignet ist. Hochtemperatur-Elektrolyseure können beispielsweise durch ihre Fähigkeit, Abwärme zu nutzen, eine überlegene Leistung und Effizienz erreichen.

Die regelmäßige Wartung von industriellen Elektrolyseuren ist entscheidend für ihren kontinuierlichen Betrieb und ihre Stabilität. Dies kann auch dazu beitragen, potenzielle Probleme zu vermeiden und die Sicherheit zu gewährleisten. Im Folgenden finden Sie einige allgemeine Wartungshinweise für einen industriellen Elektrolyseur:

• Regelmäßige Inspektion: Überprüfen Sie den Elektrolyseur regelmäßig auf Oberflächenschäden oder Lecks, stellen Sie sicher, dass die Befestigungselemente ordnungsgemäß gesichert sind, und beobachten Sie, ob der Betriebszustand normal ist. Achten Sie außerdem auf relevante Parameter wie Druck, Temperatur und Stromspannung und überwachen Sie diese, um sicherzustellen, dass sie sich innerhalb der vorgeschriebenen Bereiche befinden.
• Reinigung: Reinigen Sie den Elektrolyseur regelmäßig, um Ablagerungen und Ablagerungen zu entfernen, d. h. um Verstopfungen von Elektrolyten und Elektroden zu vermeiden, die die Effizienz des Geräts beeinträchtigen könnten. Verwenden Sie geeignete Reinigungsmittel und -methoden gemäß den Herstelleranweisungen.
• Austausch: Einige Teile des Elektrolyseurs, wie z. B. Membranen und Elektroden, können im Laufe der Zeit beschädigt werden und müssen ausgetauscht werden, um sicherzustellen, dass das Gerät optimal arbeitet.
• Schmierung: Halten Sie die relevanten beweglichen Teile des Elektrolyseurs ordnungsgemäß geschmiert, um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten und Verschleiß zu minimieren. Wählen Sie geeignete Schmierstoffe, die den Anforderungen der Betriebsumgebung entsprechen und eine Kontamination des Elektrolyseurs vermeiden.

Anwendungsszenarien von industriellen Elektrolyseuren

Industrielle Elektrolyseure werden in der chemischen und materialtechnischen Industrie, der Energieindustrie, der Metallurgie, der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, der pharmazeutischen Industrie, der Halbleiterfertigung, der Wasseraufbereitung und anderen Industrien eingesetzt.

• In der chemischen und materialtechnischen Industrie können industrielle Elektrolyseure durch Elektrolyse verschiedene Chemikalien herstellen, wie z. B. Natriumhydroxid, Wasserstoff, Chlor, Wasserstoffperoxid usw. Beispielsweise kann die Elektrolyse von Sole Natriumchlorid ergeben und anschließend zu chemischen Produkten verarbeitet werden. Darüber hinaus können industrielle Elektrolyseure auch Gase wie Ammoniak und Ethylen durch elektrochemische Reaktionen synthetisieren, die als Rohstoffe für die Herstellung von Kunststoffen, Düngemitteln und anderen Produkten dienen.
• Die Produktion und Speicherung von Energie: Industrielle Elektrolyseure finden breite Anwendung im Energiesektor, insbesondere in der Wasserstoffproduktion. Industrielle Elektrolyseure produzieren Wasserstoff durch Wasser-Elektrolyse und können anschließend mit Wasserstoff-Speichersystemen oder Brennstoffzellensystemen gekoppelt werden. Darüber hinaus können industrielle Elektrolyseure auch Wasserstoff aus erneuerbaren Energien wie Windkraft und Solarenergie produzieren, um die unveränderliche Energieversorgung zu gewährleisten.
• In der Metallurgie können industrielle Elektrolyseure zur elektrochemischen Gewinnung und Raffination von Metallen eingesetzt werden. Beispielsweise werden Kupferelektrolyseure eingesetzt, um Kupfer aus Schwefelsäurelösungen zu gewinnen. Industrielle Elektrolyseure werden auch zum Galvanisieren verwendet, um Metallbeschichtungen auf verschiedenen Substraten anzubringen.
• Industrielle Elektrolyseure werden auch in der Lebensmittelindustrie zur Herstellung von Lebensmittelzusatzstoffen und Konservierungsmitteln eingesetzt. So kann die Herstellung von Natriumchlorid durch Sole-Elektrolyse als Konservierungsmittel und Würze in Lebensmitteln verwendet werden.
• In der pharmazeutischen Industrie können industrielle Elektrolyseure eingesetzt werden, um Medikamente zu synthetisieren und pharmazeutische Rohstoffe zu produzieren. Darüber hinaus spielen sie eine bedeutende Rolle bei der Produktion von hochreinen Gasen.
• Elektrolyseure haben auch wichtige Anwendungen in der Halbleiterfertigung. So wird die Produktion von ultrareinem Wasser durch industrielle Elektrolyseure bei der Waferverdünnung und -reinigung, beim Ätzen und bei anderen Prozessen eingesetzt, während Monomere wie Silan für die Synthese von Siliziumwafern verwendet werden.
• Die Abwasserbehandlungsindustrie setzt industrielle Elektrolyseure zur Behandlung von Abwasser ein, das komplexe organische Stoffe, Schwermetallionen usw. enthält. Dies trägt nicht nur zur Reduzierung der Umweltverschmutzung bei, sondern ermöglicht auch die Wiederverwertung von Ressourcen.

So wählen Sie industrielle Elektrolyseure aus

• Anwendungsanforderungen:

  Die Bestimmung der beabsichtigten Anwendung kann helfen, die Grundlage für den geeigneten Typ eines industriellen Elektrolyseurs zu schaffen. Beispielsweise unterscheiden sich industrielle Elektrolyseure zur Herstellung von Wasserstoff, der als Brennstoff in Automobilen verwendet werden soll, von denen, die für die chemische Verarbeitung eingesetzt werden.

• Produktionskapazität:

  Nachdem die Anwendung festgelegt wurde, muss als Nächstes ermittelt werden, wie viel Kapazität benötigt wird. Die Produktionskapazität beeinflusst die Größe und die Spezifikationen des benötigten Elektrolyseurs stark. Ein kleinformatiger Elektrolyseur mit einer Kapazität von 5 MW würde für eine Laborprobe ausreichen, während eine große Industrieanlage möglicherweise einen Elektrolyseur mit einer Kapazität von 200 MW oder mehr benötigen würde.

• Technologien:

  Wie bereits erwähnt, können industrielle Elektrolyseure mit verschiedenen Zelltechnologien aufgebaut werden. Die Anforderungen jeder Anwendung können helfen zu bestimmen, welche Elektrolysetechnologie besser funktioniert. Wenn beispielsweise eine netzunabhängige erneuerbare Energiequelle mit einem Elektrolyseur gekoppelt werden muss, kann ein PEM-Elektrolyseur in Betracht gezogen werden, da er bei höheren Strömen eine höhere Energiedichte ermöglicht.

• Kostenüberlegungen:

  Die Anschaffungs- und Betriebskosten des industriellen Elektrolyseurs sollten berücksichtigt werden, ebenso wie der Gesamtkapitalrendite während des Lebenszyklus des Systems. Das Abwägen der Qualität des Elektrolyseurs mit den Kosten ist ein wichtiger Faktor bei der endgültigen Entscheidung.

• Renommierte Lieferanten:

  Auf Basis der oben genannten Faktoren kann eine Liste potenzieller Lieferanten erstellt werden. Es ist wichtig, Lieferanten mit einem guten Ruf und einer nachgewiesenen Erfolgsbilanz bei der Bereitstellung von technischem Support und After-Sales-Service auszuwählen. Käufer sollten auch nach Lieferanten suchen, die industrielle Elektrolyseure anbieten, die internationale Qualitäts- und Sicherheitsstandards erfüllen.

Fragen und Antworten zu industriellen Elektrolyseuren

F1: Was ist der Unterschied zwischen einem Elektrolyseur und einer elektrolytischen Zelle?

A1: Ein Elektrolyseur ist ein Gerät, das die Elektrolyse verwendet, um Stoffe zu spalten, insbesondere Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Er ist für den großtechnischen Betrieb ausgelegt, um Wasserstoffgas für industrielle Anwendungen zu produzieren. Eine elektrolytische Zelle hingegen ist ein umfassenderer Begriff, der sich auf eine Anlage bezieht, die zur Elektrolyse verwendet wird. Neben dem Elektrolyseur enthält die elektrolytische Zelle auch den Elektrolyten, eine elektrisch leitfähige Lösung, die die chemischen Prozesse darin erleichtert.

F2: Verbrauchen Elektrolyseure viel Strom?

A2: Schätzungen der Industrie zufolge verbraucht ein gut ausgelegter Elektrolyseur in einem 100-MW-Werk in der Regel etwa 4,0 4,5 kWh pro produziertem Kubikmeter Wasserstoff. Dieser Wert soll bis 2030 unter 3,0 kWh pro Kubikmeter sinken.

F3: Was sind die Herausforderungen des Marktes für industrielle Elektrolyseure?

A3: Eine der größten Herausforderungen für den Markt für industrielle Elektrolyseure sind die hohen Investitionskosten. Die Wasserstoffproduktion durch Elektrolyse erfordert eine robuste Technologie und Infrastruktur. Industrielle Elektrolyseure stehen auch im Wettbewerb mit etablierten Wasserstoffproduktionsmethoden wie der Dampfreformierung von Methan.

F4: Was sind die Trends auf dem Markt für industrielle Elektrolyseure?

A4: Der Markt für industrielle Elektrolyseure ist geprägt von mehreren wichtigen Trends. Erstens übernehmen immer mehr Branchen Elektrolyseure, da Wasserstoff in der chemischen Produktion, in Raffinationsprozessen und im Streben nach kohlenstoffneutraler Energie zunehmend an Bedeutung gewinnt. Zweitens verbessern technologische Fortschritte die Effizienz von industriellen Elektrolyseuren, wodurch die Elektrolyse zu einer wettbewerbsfähigen Wasserstoffproduktionsmethode wird.