PEM-Elektrolyseure

Wasserstoff liegt unter Normalbedingungen als H₂-Molekül vor, ein farb- und geruchloses Gas. Im Periodensystem der Elemente ist es das leichteste Element und steht somit an erster Stelle.

Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum und Bestandteil des Wassers und aller Lebewesen.

Wasserstoff als Energieträger vermag erneuerbare Energien „haltbar“ zu machen. Grüner Wasserstoff spielt eine entscheidende Rolle in der Dekarbonisierung der Energiewirtschaft, der Industrie und der Mobilität.

Die erste Elektrolyse wurde bereits im Jahr 1800 durchgeführt.

Heizwert: 3 kWh/Nm³ bzw. 33,33 kWh/kg
Dichte: 0,0899 kg/Nm³

Der Energiegehalt von 1 Nm³ Wasserstoff entspricht 0,34 l Benzin. 1 kg Wasserstoff entspricht 2,75 kg Benzin oder etwa 2,1 kg Erdgas: die höchste massebezogene Energiedichte.

Wasserstoff ist in Reinform nicht explosiv, nicht giftig, nicht ätzend, nicht selbstentzündlich, nicht brandfördernd, nicht zerfallsfähig, nicht radioaktiv, nicht übelriechend, nicht wassergefährdend und nicht krebserzeugend. Er ist etwa 14-mal leichter als Luft und sehr flüchtig, was zu einer schnellen Vermischung zu ungefährlichen Konzentrationen mit der Umgebungsluft führt. Er verbrennt mit Sauerstoff lediglich zu Wasser.

Wasserstoff ist ein vielfältig einsetzbarer Energieträger und Rohstofflieferant und bietet zahllose technologische Möglichkeiten über Sektoren hinweg (z. B. Energie, Verkehr, Chemie). Er wird in den kommenden Jahrzehnten eine entscheidende Rolle in der Gesamtwirtschaft spielen.

Seine Aufgaben reichen von langfristiger Energiespeicherung und damit einer vollen Ausnutzung von PV- und Windparks über die Direkteinspeisung ins Erdgasnetz oder bedarfsangepasste Rückverstromung in Brennstoffzellensystemen bis hin zu seiner Funktion als Rohstofflieferant in Syntheseanlagen (Power-to-X).

Mittels der Wasserstofftechnik können nicht nur extrem energieintensive Industrieprozesse, z. B. in der Stahlherstellung, versorgt werden. Auch unser Energiesystem, die chemische Industrie und die Mobilität können effektiv von einer energetischen Nutzung profitieren. Wasserstoff kann hierbei sowohl als langfristiger Speicher als auch als Produzent elektrischer Energie dienen.

Wasserstoff kann als Zusatz direkt als Energieträger im konventionellen Erdgasnetz genutzt oder mittels Brennstoffzellensystemen rückverstromt werden. Anwendung finden diese als Stromgeneratoren und BHKW, Notstromanlagen, im Bereich der Regelenergie oder als Power Packs in Microgrids oder für emissionsfreie und lärmreduzierte Antriebe in der Schifffahrt, im Schienen- oder Schwerlastverkehr und für Arbeitsmaschinen.

Neben den energetischen Möglichkeiten hält Wasserstoff unzählige Potenziale in einer stofflichen Verarbeitung bereit. Um den Rohstofflieferanten Wasserstoff ausschöpfen zu können, bietet Hähn hydrogen eine Reihe an Power-to-X-Technologien (PtX) an. Wasserstoff wird dabei als Synthesegas in chemischen Produktionsanlagen genutzt, um beispielsweise Düngemittel, CO₂-arme synthetische Treibstoffe oder Grundchemikalien herzustellen.

Die von Hähn hydrogen verfügbaren Anlagen beinhalten:

• Haber-Bosch-Synthese: Ammoniakproduktion
• Fischer-Tropsch-Synthese: Kohlenwasserstoffe wie Benzine, Kerosin, Paraffine, Grundchemikalien
• Methanolsynthese: Methanol als Energiespeicher, höhere Energiedichte als H₂ und im flüssigen Zustand lagerbar

Wasserstoff ist nicht selbstentzündlich. Er wird dennoch als Gefahrstoff eingestuft, da es bei einem bestimmten Mischverhältnis mit Luft und z. B. einem Funken zur Explosion kommen kann (Knallgas-Reaktion). Das Gefahrenpotenzial gleicht dem von Erdgas.

Wasserstoff ist jedoch etwa 14-mal leichter als Luft und sehr flüchtig. Dies führt zu einer schnellen Vermischung zu ungefährlichen Konzentrationen mit der Umgebungsluft. Insbesondere in der chemischen Industrie ist er seit über 100 Jahren mit sehr guten sicherheitstechnischen Bewertungen erprobt. Wasserstoff ist nicht gefährlicher als ein herkömmlicher Energieträger wie z. B. Erdgas.

Grüner Wasserstoff spielt aufgrund seiner Eigenschaften und Flexibilität die entscheidende Rolle in der Dekarbonisierung der Energiewirtschaft, der Mobilität und Produktion. Durch ihn lassen sich regenerative Energien „haltbar“ machen. Hergestellt wird er durch die Elektrolyse von Wasser in Elektrolyseuren. Der hierfür benötigte Strom kommt aus erneuerbaren Quellen, z. B. aus Energieüberschüssen.

Er spielt eine Schlüsselrolle in der Energiewende der Bundesregierung, aber auch international. Hähn hydrogen steht auch in Fragen der Fördermöglichkeiten an Ihrer Seite!

Durch seine Speicherfähigkeit und seine hohe spezifische Energiedichte können große Mengen Energie über Monate gespeichert werden. Durch den Einsatz von erneuerbaren Energien ist dies die klimafreundlichste Methode der Energiespeicherung im großen Maßstab. Zudem können Energieüberschüsse gewinnbringend genutzt werden, was wiederum die Wirtschaftlichkeit von PV- oder Windparks deutlich verbessert.

Bekannt ist auch ein Satz von Jules Verne (1828–1905): „Wasser ist die Kohle der Zukunft“.

Bei der Elektrolyse wird Wasser mithilfe elektrischer Energie gespalten. Der entstandene Wasserstoff steht anschließend für diverse Anwendungen bereit. Wasserstoff liegt dabei immer als Molekül vor (H₂). Neben Wasserstoff entstehen Sauerstoff (O₂) und Abwärme, die ebenfalls gewinnbringend genutzt werden können.

Die erste Elektrolyse wurde bereits vor über 200 Jahren durchgeführt.

PEM-Elektrolyseure sind derzeit die primär genutzte Technologie. Es handelt sich um ein membranbasiertes Verfahren zur Spaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff mit einem Feststoff-Elektrolyt. PEM steht für Proton Exchange Membrane oder auch Polymerelektrolytmembran.

Der sogenannte „Stack“ beinhaltet Elektrolysezellen, die eine katalytisch beschichtete Membran enthalten. An dieser Stelle findet unter elektrischer Spannung sowohl die Spaltung des Wassers in Sauerstoff, freie Elektronen und Protonen statt als auch die Vereinigung zu H₂. Die Membranen sind lediglich für Protonen durchlässig. Zusammen mit der Anode und Kathode ergibt das Konstrukt eine Elektrolysezelle. Diese sind in den Elektrolyse-Stacks von Hähn hydrogen verbaut.