Elektrolyseure: Effiziente PEM-Wasserstoffproduktion

Das Elektrolysesystem

Bei der Wasserelektrolyse wird elektrische Energie verwendet, um Wassermoleküle (H₂O) in ihre Bestandteile zu spalten: H₂ als Hauptprodukt und O₂ als Nebenprodukt.

Das Elektrolysesystem beinhaltet neben den Stacks, in denen der elektrochemische Prozess umgesetzt wird, alle erforderlichen Komponenten und Teilsysteme, um einen optimierten Prozess zu garantieren. Besondere Aufmerksamkeit wird der Prozesswasserbehandlung, dem Wärmemanagement und der Stromversorgung gewidmet. Die Gasaufbereitung komplettiert das System und garantiert die ambitionierten Produktqualitäten. Das voll automatisierte und selbstsichernde System wird als Balance of Plant (BoP) bezeichnet und untergliedert sich in folgende Komponenten:

Leistungselektronik

regelt das Spannungsniveau und wandelt den Wechselstrom in Gleichstrom um, der für die Stacks benötigt wird

Wärmemanagementmodul

stellt den optimalen Betriebstemperaturbereich der PEM-Stacks sicher und hat damit großen Einfluss auf die Systemeffizienz

Reinigungs- und Gasanalysemodul

entfernt Verunreinigungen im Wasserstoffstrom und analysiert die Qualität von Wasserstoff und Sauerstoff, um den Zustand des Systems kontinuierlich zu überwachen

Sicherheitsmodul

gewährleistet den sicheren Betrieb des Systems

Versorgungseinrichtungen

für eine schlüsselfertige Lösung sind die Druckluftversorgung für die Instrumentierung, ein Kaltwassersatz, die Stickstoffversorgung zum Inertisieren der Anlage usw. bereits in die Anlage integriert

Derzeit werden in der Industrie im Wesentlichen zwei Elektrolyseur-Technologien eingesetzt. Zum einen die alkalische Elektrolyse (ALK), bei der ein flüssiger Elektrolyt (Kalium- oder Natriumhydroxid) als Ausgangsmaterial verwendet wird. Und zweitens die Polymerelektrolytmembran-Elektrolyseure (PEM), die mit Reinstwasser gespeist werden. Dabei bietet vor allem die PEM-Elektrolyse den Vorteil von einem hoch reinem Prozessgas und einer flexiblen Fahrweise. Somit werden PEM-Elektrolyseure besonders im Zusammenhang mit den volatilen, regenerativen Energiesystemen bevorzugt.

Im Rahmen der Dekarbonisierungsziele der EU ist die Vor-Ort-Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse aus erneuerbaren Energiequellen eine attraktive Lösung. Die Verwendung von Wasserstoff als sauberer Energieträger ermöglicht die Speicherung großer Energiemengen über längere Zeiträume. Er kann auch eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung des Stromnetzes spielen, wenn der Anteil von stark schwankenden Energiequellen wie Wind und Photovoltaik an der Stromerzeugung zunimmt. Kommt bei der Herstellung ausschließlich Strom aus erneuerbaren Energiequellen zum Einsatz, wird der entstehende Wasserstoff als “grün” und emmissionsfrei bezeichnet.

System-Leistung des NEA|HYTRON PEM

Wasserstoffproduktion pro Modul (PEM): 10 – 1.000 Nm³/h
Wasserstoffreinheit: 99,9 % – 99,9999 % | 3,0 bis 6,0
Nennenddruck: 10 – 30 bar(g)
Leistungsaufnahme pro Modul: 50 kW – 5 MW

Beschreibung NEA|HYTRON PEM

modulares Elektrolysesystem: 50 kW – 5 MW pro Modul
Wasserstoffproduktion: 10 Nm³/h – 1000 Nm³/h pro Modul
H₂-Nennenddruck: 30 bar(g)
O₂-Nennenddruck: 4 bar(g)
H₂-Reinheit: 99,9 – 99,9999 %
O₂-Reinheit: 98 %
Betriebsbereich: 20/30 – 100 % (abhängig von der Modulgröße)
typische Verfügbarkeit: 97,2 %
Stellfläche: montiert in ISO 20' oder 40', vom Typ ISO High Cube.
Wasserbedarf: 20 L/kg H₂
Verbrauch an Reinstwasser: 10 L/kg H₂
Lebensdauer des Systems: 25 Jahre im Betrieb

Merkmale NEA|HYTRON PEM

Das System wurde von uns entwickelt und wird von uns projektiert. Wir haben mehr als 100 Jahre Erfahrung mit Wasserstoffprojekten, insbesondere mit den rechtlichen Rahmenbedingungen und Zulassungen der Systeme.
Einfache Installation und Skalierbarkeit durch den modularen Aufbau der Anlage.
Berücksichtigung von begrenztem Platzangebot durch containerisiertes System.
Der Zustand der Anlage wird kontinuierlich mit unserer NEA|XPLORE Cloud-Plattform überwacht.
Nach Bedarf liefert das System Wasserstoff in höchster Reinheit, z.B. für Mobilitätsanwendungen.
Lieferung der kompletten Anlage, einschließlich Engineering, Ausrüstung und Steuerung.
Sicherstellung des reibungslosen Betriebes der Anlage durch unseren Service.

Anwendungen NEA|HYTRON PEM

Wasserstoffmobilität: Wasserstoff wird in vielen Mobilitätsanwendungen eingesetzt. Insbesondere im Schwerlastverkehr besitzt er das Potenzial, diesen Sektor zu dekarbonisieren.
Brennstoffzellentechnologie: Wasserstoff-Brennstoffzellen werden unter vielen verschiedenen Bedingungen eingesetzt, z. B. bei der Versorgung von Gebäuden mit Strom und Wärme oder beim Antrieb von Fahrzeugen mit größerer Reichweite.
Energiespeichersystem: Wasserstoff eignet sich zur Speicherung grüner Energie über Monate hinweg. Im Vergleich zur Batterie können große Energiemengen deutlich günstiger gespeichert werden.
Ammoniak-Herstellung: Mit dem Haber-Bosch-Verfahren kann Ammoniak für die Düngemittelindustrie oder zum Energietransport hergestellt werden. Die Ausgangsbasis des Haber-Bosch Verfahrens sind Wasserstoff und Stickstoff.
Hydrotreating von Kraftstoffen: Durch Hydrotreating werden Kraftstoffe aufbereitet. Das Verfahren ist bisher in Deutschland der Hauptabnehmer von Wasserstoff.
Herstellung synthetischer Kraftstoffe: Die Herstellung kohlenstoffneutraler E-Treibstoffe benötigt Grünen Wasserstoff als Ausgangsbasis.
Allgemeine industrielle Verwendung: Zur Herstellung von Glas, Lebensmitteln, Chemikalien, Arzneimitteln und anderen Industrieprodukten werden hohe Temperaturen benötigt, die durch die Verbrennung von Wasserstoff CO₂-neutral erzeugt werden können.