Ein Großteil des für die Industrie produzierten Wasserstoffs (H2) stammt aus fossilen Brennstoffen. Dampfreformierung ist ein thermochemischer Prozess, bei dem ein fossiler Brennstoff mit Wasser erhitzt wird, um Wasserstoff und Kohlendioxid zu erzeugen. Blauer" Wasserstoff wird durch die Reformierung von Erdgas und "brauner" Wasserstoff aus vergaster Kohle hergestellt.
Bei beiden Verfahren fällt Kohlendioxid (CO2) als Nebenprodukt an, das entweder in die Atmosphäre entlassen oder zur Verwendung in einem anderen Prozess (z. B. in der Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung) aufgefangen wird.
Inzwischen gibt es einen deutlichen Trend weg von der Erzeugung von Wasserstoff (H2) durch die Reduktion von Erdgas hin zur Elektrolyse von Wasser. In vielen Ländern wird der Strom für den Betrieb der Elektrolyseure aus Sonnen-, Wind- und Wasserkraft gewonnen, sowie aus mit Biomethan betriebener Stromerzeugung.
Wasserstoff, der mit erneuerbarer Energie erzeugt wird, wird als "grün" bezeichnet. Obwohl die Elektrolyse viel Energie benötigt, stoßen erneuerbare Energien wie Wind und Sonne kein CO2 aus wie der blau- und grau erzeugter Wasserstoff.
Wasserstoff kann auch durch Vergasung von Biomasse hergestellt werden. Dies geschieht bei hohen Temperaturen (700 °C), aber ohne Verbrennung. Die Mengen an O2 und Dampf im Prozess werden so gesteuert, dass CO und H2 entstehen. Dieses Gas, Syngas, wird dann durch Verbrennung zum Antrieb von Turbinen verwendet.
Obwohl der Anbau von Biomasse der Atmosphäre CO2 entzieht, muss dieser Prozess mit der Kohlenstoffabscheidung kombiniert werden, um die Nettoemissionen gering zu halten.
Der für die Elektrolyse benötigte Strom kann bis zu 75 % der Kosten für die Herstellung von Wasserstoff ausmachen, daher der Trend zu erneuerbaren Energiequellen.
Die Elektrolyseurtechnologie macht rasche Fortschritte und ersetzt die Herstellung von Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen, wodurch die Menge an CO2 die als Nebenprodukt entsteht. Das Wachstum in dieser Branche wird durch die Forderungen verschiedener Regierungen vorangetrieben, den Einsatz fossiler Brennstoffe für die Stromerzeugung und den Verkehr zu reduzieren und sie durch die Brennstoffzellentechnologie zu ersetzen. Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff und Sauerstoff in Elektrizität und das Nebenprodukt Wasser um. Bei diesem Prozess wird auch Wärme erzeugt. Diese Wärme kann in größeren Anlagen zum Antrieb von Dampfturbinen zur Stromerzeugung genutzt werden. Stromerzeugung genutzt werden - die so genannte "Kraft-Wärme-Kopplung".
Vereinfacht ausgedrückt ist die Elektrolyse der Durchfluss von Gleichstrom durch einen Elektrolyten, was zu einer chemischen Reaktion an der Anode und der Kathode führt. O2 entsteht durch Oxidation an der Anode und H2 durch Reduktion an der Kathode.
Die Elektrolyse gibt es schon seit 1800, als Alessandro Volta den ersten elektrischen Pfahl mit Säure als Medium entwickelte und feststellte, dass bei Stromfluss Sauerstoff und Wasserstoff an den Polen des Pfahls erschienen. Weitere Forschungen wurden von Sir Humphry Davy (berühmt durch die Davy-Sicherheitslampe) und seinem damaligen Assistenten Michael Faraday (der die zwei Gesetze der Elektrolyse)
Es wurde festgestellt, dass reines Wasser nicht immer ein gutes Medium für die Elektrolyse ist. Aus diesem Grund werden in modernen Elektrolyseuren Kalium- und Natriumhydroxid verwendet, die bessere Reaktionen ermöglichen. Siehe . Elektrolyse von Wasser - Wikipedia
Die Hydroxid-Ionen wandern von der Kathode zur Anode durch den Elektrolyten. An der Kathode entsteht Wasserstoff, an der Anode Sauerstoff. Dieses Herstellungsverfahren wird als "alkalische Elektrolyse" bezeichnet und funktioniert in einem Temperaturbereich von 70...90 °C, bei einem Druck von etwa 30 bar.
Ein weiterer Typ ist der Polymerelektrolytmembran (PEM)-Elektrolyseur, bei dem Wasser an der Anode zu O2 und positiv geladenen Wasserstoffionen reagiert, die sich durch die ionenleitende Membran zur Kathode bewegen. Bei der Membran handelt es sich um ein spezielles festes Polymermaterial.
Diese Ionen rekombinieren dann mit den externen Elektronen, die durch den Kreislauf laufen, um Wasserstoffgas zu erzeugen. So entsteht an der Anode O2 und an der Kathode H2. Mit dieser Technologie wird sehr reiner Wasserstoff erzeugt.
Photoelektrochemische (PEC) und photobiologische: Diese Verfahren nutzen Lichtenergie, um Wasser in H2 und O2 aufzuspalten, und sind derzeit noch weitgehend experimentell.
Bei der PEC werden in einen Elektrolyten getauchte, photovoltaischen Zellen ähnliche Paneele verwendet, wobei die Sonne die Energie für die Spaltung von Wasser in Elektrolyte liefert.
Bei der photobiologischen Erzeugung nutzen grüne Mikroalgen oder Cyanobakterien das Sonnenlicht, um Wasser in Wasserstoff- und Sauerstoffionen zu spalten.
Wir bieten eine große Auswahl an Produkten an, um sowohl die Wasserstoff- als auch die Sauerstoffqualität in verschiedenen Phasen des Prozesses zu gewährleisten.
Am Ausgang der Elektrolyseure:
Zur Messung von H2 in O2: Das Michell XTC601 Dieses ist in der Lage, auf der Produktionsstufe zu arbeiten, was ein Nassverfahren sein kann.
Zur Messung von O2 in H2: Das Michell XTP601 Sowohl das XTP als auch das XTC können mit SIL2 eingestuft werden.
Wo das Gas getrocknet wurde, wollen die Betreiber niedrige ppm O2 und trockene Taupunkte sehen; <10 ppmV und -50°C und darunter sind typische Anforderungen.
Wir empfehlen:
Der Michell Easidew PRO XP Explosionsgeschützter Taupunkt-Transmitter, mit einem Messbereich von -110 bis +20 °C Taupunkt.
Der Michell XTP601 Sauerstoff-Analysator bietet eine Auswahl an Messbereichen von 0...0,5 % O2 bis zu 90...100 % O2.
Bei hochreinem H2 wollen die Hersteller oft sowohl wissen, wie trocken das Gas ist, als auch, dass der Sauerstoffgehalt unter bestimmten ppm-Grenzwerten liegt. Hierfür bieten wir die Michell Easidew Pro I.S. und den Ntron Minox-i ppm Sensor.
Für die Überwachung von Spurengas in Wasserstoff ist das LDetek HyDetek eine gute Wahl. Dieses Gerät ist in der Lage, Spurenverunreinigungen in Wasserstoff bis hinunter zu geringen Teilen pro Billion zu messen, um die ISO 14687 Teil 2 für Wasserstoff zur Verwendung in Brennstoffzellen zu erfüllen. Es kann auch N2 in Wasserstoff messen, um Lecks zu prüfen und sicherzustellen, dass bei der Spülung von Leitungen kein Rest-N2 vorhanden ist.
Quellen:
Wasserstoffproduktionsprozesse | Department of Energy
Methods of Producing Hydrogen at Scale | Royal Society
Unterschiedliche Arten von Elektrolyseuren - Greendrogen erneuerbarer Wasserstoff
Melden Sie sich für einen unserer Branchen-Newsletter an, und Sie erhalten unsere aktuellsten Nachrichten und Einblicke direkt in Ihren Posteingang!
Anmeldung