Umsetzungsstand bei Wasserstoff

Herausforderungen

Die technischen Herausforderungen für den Einsatz der Wasserelektrolyse im Power-to-Gas-Konzept sind die aufgrund der Schwankungen in der Stromerzeugung benötigte Anlagendynamik, die Stabilisierung des spezifischen Energieverbrauchs und die konsequente Verlängerung von Wartungsintervallen. Die elektrochemischen Prozesse im Elektrolyseur können nahezu verzögerungsfrei auf Lastwechsel reagieren.

Entscheidend für den Betrieb und den Wirkungsgrad des Prozesses sind jedoch die Peripheriekomponenten einer Elektrolyse-Anlage wie Laugenpumpen, Druckregler und Produktgasseparatoren. Häufige Lastwechsel und komplettes Herunterfahren belasten diese mechanischen Komponenten durch die Störung des Wärmehaushalts und reduzieren somit die Lebensdauer des Systems.

Umsetzungsstand

PEM-Elektrolyseure weisen technische Vorzüge für den Einsatz in Power-to-Gas-Anlagen auf, da sie einem Leistungseintrag besser folgen als alkalische Elektrolyseure. Sie reagieren schneller auf Lastwechsel, arbeiten auch im unteren Teillastbereich und erreichen in der Startphase schnell die Betriebstemperatur. Allerdings konnten bei alkalischen Elektrolyseuren bei den genannten Aspekten ebenfalls Entwicklungssprünge verzeichnet werden.

PEM-Elektrolyseure weisen wiederum derzeit noch höhere Investitionskosten auf als alkalische Elektrolyseure. Generell bedarf es noch weiterer Forschung und Entwicklung, um PEM-Elektrolyseure großtechnisch verfügbar zu machen, insbesondere im Hinblick auf den Einsatz geeigneter Werkstoffe und die verfahrenstechnischen Prozesse.

Ziel ist es, die Investitionskosten der Elektrolyse bis 2022 auf 500 €/kW zu reduzieren.

Kostensenkungspotenziale ergeben sich vorrangig durch die kontinuierliche Steigerung der jährlichen Produktionsstückzahlen und den Übergang zu einer Serienfertigung.

Kennzahlen: Elektrolyseverfahren

EigenschaftenAlkalische
Elektrolyse
PEM-Elektrolyse
Investitionskosten800 - 1.500 €/kW2.000 - 6.000 €/kW
Wirkungsgrad (bez.
auf oberen Heizwert)
67 - 82 %44 - 86 %
Spezifischer
Energieverbrauch
4,0 - 5,0 kWh/Nm3H24,0 -8,0 kWh/Nm3H2

 

 

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