Die Wertschöpfungskette für grünen Wasserstoff beginnt in der Regel mit der Wasserelektrolyse: Einem Prozess, bei dem Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten werden. Dieser Prozess wird mit erneuerbarer Energie betrieben, die beispielsweise aus Sonnen-, Wind- oder Wasserkraft gewonnen wird.
Wie funktioniert die Elektrolyse von Wasser?
Die Elektrolyse von Wasser funktioniert durch das Anlegen einer elektrischen Spannung an Elektroden, die in Wasser getaucht sind, wodurch die Wassermoleküle (H₂O) in Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) aufgespalten werden. Es gibt verschiedene Arten von Elektrolyseuren, die jeweils unterschiedliche Elektrolyte verwenden:
- Alkalische Elektrolyseure nutzen eine Kaliumhydroxidlösung als Elektrolyt,
- Protonenaustauschmembran-Elektrolyseure (PEM) verwenden reines Wasser und
- „Solid Oxide Electrolyser Cell" (SOEC)-Elektrolyseure spalten Wasserdampf bei Temperaturen von bis zu 850 °C in Wasserstoff und Sauerstoff auf.
Um 1 kg Wasserstoff zu produzieren, benötigt man etwa 50-55 kWh Strom, wobei der genaue Energiebedarf je nach Effizienz des Elektrolyseurs variieren kann. Dieser Energieaufwand kann durch erneuerbare Energiequellen wie Sonnen-, Wind- oder Wasserkraft gedeckt werden, um grünen Wasserstoff zu erzeugen. Zusätzlich benötigt man für die Erzeugung von 1 kg Wasserstoff etwa 9 Liter Wasser. Dies stellt nicht nur eine energetische, sondern auch eine wassertechnische Investition dar, was insbesondere in Regionen mit Wasserknappheit berücksichtigt werden muss.
Warum will man Wasserstoff über Elektrolyse herstellen?
Dieser Prozess kann mit erneuerbarer Energie betrieben werden, wodurch grüner Wasserstoff entsteht. Dieser ist klimaneutral und trägt zur Reduzierung der CO₂-Emissionen bei. Zudem kann Wasserstoff als Energiespeicher dienen und in verschiedenen Sektoren wie Industrie, Mobilität und Energieversorgung eingesetzt werden. Durch die Kombination verschiedener Technologien und Energiequellen können Synergien genutzt werden, um die Effizienz der Wasserstofferzeugung zu steigern.
Wie hoch ist der Wirkungsgrad bei der Gewinnung von Wasserstoff durch Elektrolyse?
Der Wirkungsgrad bei der Gewinnung von Wasserstoff durch Elektrolyse liegt derzeit je nach Elektrolyseur-Typ bei etwa 60-70%. Dies bedeutet, dass 60-80% der eingesetzten elektrischen Energie in chemische Energie des Wasserstoffs umgewandelt werden. Verbesserungen in der Technologie können diesen Wirkungsgrad in Zukunft weiter steigern.
Jedes Elektrolyseur-Konzept für die Elektrolyse von Wasser hat seine eigenen Herausforderungen in Bezug auf Prozessdruck, -temperatur und -medium. Unsere breite Palette an Druck-, Temperatur-, Durchfluss- und Füllstandsmesslösungen adressiert diese Herausforderungen und gewährleistet so einen effizienten und sicheren Betrieb der Elektrolyseure für die Elektrolyse von Wasser. Hochtemperatur-Elektrolyseure wie SOEC bieten dabei besondere Vorteile durch ihre höhere Effizienz, erfordern jedoch spezielle Materialien für Elektroden und Elektrolyte, um den hohen Temperaturen standzuhalten.
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