Elektrolyse mit alkalischem Wasser

Erforschung der alkalischen Wasserelektrolyse: Erschließung des Brennstoffs der Zukunft

Die alkalische Wasserelektrolyse (AWE) ist ein Verfahren, bei dem Wassermoleküle (H2O) mit Hilfe eines Elektrolyseurs mit Hilfe von Elektrizität in Wasserstoffgas (H2) und Sauerstoffgas (O2) gespalten werden.

Der Elektrolyseur besteht aus zwei Elektroden (einer positiven und einer negativen), die in eine Elektrolytlösung, typischerweise eine Kaliumhydroxid (KOH)-Lösung, eingetaucht sind und durch ein Diaphragma oder eine Membran getrennt sind.

Wenn bei diesem Prozess ein elektrischer Strom durch den Elektrolyten geleitet wird, bewirkt dies, dass die Wassermoleküle in der Nähe der negativen Elektrode reduziert werden, wodurch Wasserstoffgas entsteht. Gleichzeitig findet an der positiven Elektrode die Oxidation von Hydroxylionen statt, wobei Sauerstoffgas entsteht.

Die alkalische Wasserelektrolyse ist wichtig für die Wasserstoffproduktion im industriellen Maßstab, da sie eine kostengünstige und bewährte Technologie zur Erzeugung großer Mengen kohlenstoffarmer Wasserstoff bietet. Der erzeugte Wasserstoff kann für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden, z. B. für Brennstoffzellenfahrzeuge, die Stromerzeugung und industrielle Prozesse.

Durch die Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Wind, Gezeiten und Sonne für die Elektrolyse kann die Wasserstoffproduktion völlig kohlenstoffemissionsfrei sein und so zu den globalen Netto-Null-Bemühungen zur Bekämpfung des Klimawandels und zum Übergang zu einer nachhaltigen Energiezukunft beitragen.

Vorteile der alkalischen Wasserelektrolyse:

Die alkalische Wasserelektrolyse bietet im Vergleich zu anderen Elektrolysetechnologien, wie z. B. der Protonenaustauschmembran (PEM) oder der Festoxid-Elektrolyseur (SOEC), mehrere Vorteile, darunter:

Wirtschaftlichkeit: Bei der alkalischen Wasserelektrolyse werden Katalysatoren verwendet, die im Vergleich zu den bei der PEM-Wasserelektrolyse verwendeten Katalysatoren billiger sind und eine längere Lebensdauer haben. Dies macht die alkalische Elektrolyse zu einer kostengünstigeren Option für die Herstellung von Wasserstoff.

Skalierbarkeit: Die alkalische Wasserelektrolyse kann problemlos auf Produktionskapazitäten im Megawattbereich hochskaliert werden. Das bedeutet, dass die alkalische Wasserelektrolyse für die Wasserstoffproduktion in großem Maßstab eingesetzt werden kann und Flexibilität bietet, um den gestiegenen Bedarf zu decken.

Reinheit der Gase: Bei der alkalischen Wasserelektrolyse entsteht hochreines Wasserstoffgas, das aufgrund der effektiven Trennung der Wasserstoff- und Sauerstoffgase für verschiedene Anwendungen, einschließlich Brennstoffzellen, unerlässlich ist.

Energieeffizienz: Die alkalische Wasserelektrolyse hat einen vergleichbaren Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung wie andere Technologien. Das bedeutet, dass ein erheblicher Teil der eingesetzten elektrischen Energie in die Wasserstoffgasproduktion umgewandelt wird.

Umweltfreundlichkeit: Die alkalische Wasserelektrolyse kann mit erneuerbaren Energiequellen wie Wind- oder Solarkraft betrieben werden und ermöglicht so die Herstellung von grünem Wasserstoff. Das Ergebnis ist ein sauberer und umweltfreundlicher Prozess, der nur einen minimalen Beitrag zu den Treibhausgasemissionen leistet.

Sicherheit: Die Elektrolyse von alkalischem Wasser ist eine etablierte Technologie, bei der es kaum Bedenken hinsichtlich Katalysatorvergiftungen oder Problemen im Zusammenhang mit Gasübergängen gibt.

Es ist wichtig zu bedenken, dass die alkalische Wasserelektrolyse zwar mehrere Vorteile bietet, es aber auch andere Elektrolysetechnologien wie PEM gibt, die ihre eigenen spezifischen Vorteile und Überlegungen haben. Die Wahl der Elektrolysetechnologie hängt von Faktoren wie der gewünschten Wasserstoffreinheit, den Kosten, der Skalierbarkeit und der Integration mit erneuerbaren Energiequellen ab.

Anwendungen von Wasserstoff, der durch alkalische Wasserelektrolyse hergestellt wird:

Rohstoff: Wasserstoff ist als Rohstoff in verschiedenen Industrien und Sektoren weit verbreitet und dient als Schlüsselkomponente bei der Herstellung von Chemikalien, in Raffinerien, bei der Stahlherstellung und bei der Stromerzeugung. Die Herstellung von Wasserstoff durch alkalische Wasserelektrolyse ermöglicht es diesen Industrien, zu dekarbonisieren.

Chemische Industrie: Wasserstoff ist ein wichtiger Rohstoff, der als Baustein für die Synthese einer Vielzahl chemischer Verbindungen dient und bei der Herstellung von Ammoniak, Methanol, Wasserstoffperoxid und verschiedenen organischen Verbindungen verwendet wird.

Raffinerien: Wasserstoff wird in Raffinerien für die Hydroaufbereitung verwendet, wo er mit schweren Erdölfraktionen kombiniert wird, um Verunreinigungen zu entfernen und die Qualität von Kraftstoffprodukten zu verbessern.

Stahlproduktion: Wasserstoff wird in der Eisen- und Stahlindustrie als Rohstoff eingesetzt, um Eisenerz in einem Prozess, der als Direktreduktion bezeichnet wird, zu metallischem Eisen zu reduzieren. Dies reduziert die Kohlenstoffemissionen, die mit traditionellen Produktionsprozessen verbunden sind.

Stromerzeugung: Wasserstoff kann als Rohstoff für die Stromerzeugung durch den Einsatz von Brennstoffzellentechnologien verwendet werden, die Wasserstoff in Strom umwandeln, der als saubere Energiequelle nutzbar ist.

Mobilität: Der Einsatz von Wasserstoff in Mobilitätsanwendungen erleichtert den Übergang zu einem kohlenstoffarmen Verkehr und die Reduzierung von Treibhausgasemissionen. Es bietet den Vorteil, dass es eine saubere und nachhaltige Energiequelle für eine Vielzahl von Fahrzeugen und Transportmitteln wie Busse, Lastwagen, Taxis, Pkw und sogar Züge und Schiffe bietet. Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge ermöglichen im Vergleich zu batterieelektrischen Fahrzeugen eine höhere Reichweite und schnellere Betankungszeiten, was entscheidend auch zu einer Gewichtsreduzierung führt.

Kraftstoff: Durch die Umwandlung von erneuerbarem Strom in Wasserstoff durch alkalische Wasserelektrolyse kann Wasserstoff als Kraftstoff gespeichert und über weite Strecken transportiert werden, wodurch die intermittierende Natur der erneuerbaren Stromversorgung gepuffert und ausgeglichen wird. Dieser Brennstoff kann dann zur Stromerzeugung, zur Dampferzeugung oder sogar als Ersatz für Erdgas in Heizanwendungen verwendet werden.

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