Wasserstoff ist als Energieträger der Zukunft im Gespräch. Unser Fachmann für Wasserstofftechnologien, Jorgo Chatzimarkakis, erklärt die Funktionsweise und Bedeutung von Elektrolyseuren.
Was genau ist ein Elektrolyseur und wie funktioniert er?
Ein Elektrolyseur ist ein Gerät, das elektrische Energie verwendet, um Wasser (H₂O) in seine Bestandteile Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) zu zerlegen. Dieser Prozess wird als Elektrolyse bezeichnet.
Der Elektrolyseur besteht typischerweise aus zwei Elektroden (Anode und Kathode), die in einer Elektrolytlösung oder einem feststoffbasierten Elektrolyt eingetaucht sind. Wenn eine elektrische Spannung an die Elektroden angelegt wird, wandern die Wasserstoffionen zur Kathode, wo sie Elektronen aufnehmen und zu Wasserstoffgas reduziert werden. Gleichzeitig wandern die Sauerstoffionen zur Anode, wo sie Elektronen abgeben und zu Sauerstoffgas oxidiert werden.
Über den Experten Jorgo Chatzimarkakis
Der Deutsch-Grieche Jorgo Chatzimarkakis ist CEO des europäischen Wasserstoffverbands Hydrogen Europe. Dieser vertritt die Interessen der Wasserstoffindustrie und fördert Wasserstoff als Wegbereiter für eine emissionsfreie Gesellschaft. Mit nahezu 500 Mitgliedern und mehr als 30 nationale Verbände, deckt Hydrogen Europe die gesamte Wertschöpfungskette des europäischen Ökosystems für Wasserstoff ab.
Wie unterscheidet sich ein Elektrolyseur von einer Brennstoffzelle?
Ein Elektrolyseur und eine Brennstoffzelle sind komplementäre Technologien, die jedoch entgegengesetzte Prozesse durchführen. Ein Elektrolyseur nutzt elektrische Energie, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen (Elektrolyse). Im Gegensatz dazu wandelt eine Brennstoffzelle chemische Energie aus Wasserstoff (und manchmal anderen Brennstoffen) durch eine elektrochemische Reaktion in elektrische Energie um.
In einer Brennstoffzelle werden Wasserstoff und Sauerstoff kombiniert, um Wasser zu erzeugen und dabei Strom zu produzieren. Einfach ausgedrückt: Ein Elektrolyseur zerlegt Wasser in seine Bestandteile, während eine Brennstoffzelle diese Bestandteile nutzt, um Strom zu erzeugen.
Gibt es verschiedene Arten von Wasserstoff-Elektrolyseuren und wenn ja, welche sind das?
Ja, es gibt verschiedene Arten von Wasserstoff-Elektrolyseuren, die sich hauptsächlich durch den verwendeten Elektrolyt und die Betriebstemperatur unterscheiden:
- Alkalische Elektrolyseure (AEC): Verwenden eine alkalische Lösung (meist Kaliumhydroxid) als Elektrolyt. Sie sind relativ kostengünstig und weit verbreitet.
- Protonen-Austausch-Membran (PEM) Elektrolyseure: Verwenden eine feste Polymermembran als Elektrolyt. Sie zeichnen sich durch eine hohe Effizienz und schnelle Reaktionszeiten aus, sind jedoch teurer als AEC.
- Festoxid-Elektrolyseure (SOEC): Arbeiten bei hohen Temperaturen und verwenden einen festen keramischen Elektrolyt. Sie bieten eine hohe Effizienz und können auch Kohlendioxid in Synthesegas umwandeln, was sie für industrielle Anwendungen attraktiv macht.
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Entstehen beim Betrieb von Elektrolyseuren gefährliche Stoffe oder Nebenprodukte?
Das Hauptnebenprodukt bei der Elektrolyse von Wasser ist Sauerstoff, der im Allgemeinen als sicher gilt und in vielen industriellen Prozessen genutzt werden kann. Es können jedoch geringe Mengen von Gasen wie Wasserstoffperoxid oder Ozon entstehen, insbesondere bei bestimmten Betriebsbedingungen oder Elektrolyseurtypen, die in gut belüfteten Bereichen gehandhabt werden sollten. Es ist wichtig, dass die Anlagen gut konzipiert und betrieben werden, um die Sicherheit zu gewährleisten und unerwünschte Nebenprodukte zu minimieren.
Gibt es auch kleinere Elektrolyseure für den privaten Gebrauch und wie effizient sind diese?
Ja, es gibt kleinere Elektrolyseure, die für den privaten Gebrauch oder für kleinere industrielle Anwendungen entwickelt wurden. Diese Systeme sind oft kompakt und modular aufgebaut, um eine einfache Installation und Wartung zu ermöglichen.
Ihre Effizienz variiert je nach Technologie, liegt jedoch typischerweise im Bereich von 50-70 Prozent bei PEM-Elektrolyseuren. Diese kleineren Systeme können für Anwendungen wie die Erzeugung von Wasserstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge, die Speicherung von erneuerbarer Energie oder die Notstromversorgung genutzt werden.
Dieser Text stammt von einem Expert aus dem FOCUS online EXPERTS Circle. Unsere Experts verfügen über hohes Fachwissen in ihrem Themenbereich und sind nicht Teil der Redaktion. Mehr erfahren.