Wie die Sicherheit und Gasqualität von Wasserstoff-Elektrolyseuren gewährleistet werden kann

Einen boomenden Markt managen

Die Nachfrage nach Wasserstoff als emissionsfreie Energiequelle oder für den Einsatz in industriellen Prozessen ist groß. Die IEA (Internationale Energiebehörde) schätzt, dass die Nachfrage von nur 9 Mio. t im Jahr 2020 auf weit über 100 Mio. t im Jahr 2030 steigen könnte, wobei die weltweite Kapazität der Elektrolyseure, die zur Herstellung von Wasserstoff benötigt werden, von 300 MW im Jahr 2021 auf rund 34 GW im Jahr 2030 zunehmen wird.

Diese Zahlen spiegeln sich in einem kürzlich erschienenen Artikel des Magazins Recharge wider, in dem über die Ergebnisse von Aurora Energy Research berichtet wird, die ein "tausendfaches" Wachstum des Wasserstoff-Elektrolyseur-Marktes bis 2040 prognostizieren. In einem weiteren Bericht warnte Aurora jedoch, dass es trotz dieses dramatischen Marktwachstums noch einige Zeit dauern wird, bis die Kosten für durch Elektrolyse erzeugten grünen Wasserstoff die gleiche Höhe erreichen wie die für blauen (aus Methan hergestellten) Wasserstoff. Aurora kam zu dem Schluss, dass dies nur erreicht werden kann, wenn geeignete Tarif- und Regulierungsmodelle vorhanden sind.  

Welchen Elektrolyseur soll ich wählen?

Bei den derzeit kommerziell genutzten Wasserstoff-Elektrolyseuren handelt es sich entweder um Proton Exchange Membrane (PEM) oder um alkalische Geräte. Die PEM-Elektrolyseure sind am weitesten verbreitet und machen etwa 80 % der installierten Basis aus. Ein dritter Typ, der auf Festoxid-Elektrolysezellen (SOEC) basiert, ist erfolgreich entwickelt worden und befindet sich im Stadium eines Pilotprojekts. Er soll bis 2024 in Produktion gehen.

Zwei der wichtigsten Probleme im Zusammenhang mit der Elektrolyse sind der Verbrauch von Wasser, das in vielen Ländern immer knapper wird, und der Bedarf an Strom. Letzterer kann problematisch sein, wenn er mit fossilen Brennstoffen erzeugt wird, so dass der ideale - wirklich grüne - Elektrolyseur in Verbindung mit einem Windpark oder einer Solarenergieanlage steht.

Ungeachtet der Art des Elektrolyseurs und seiner Energiequelle ist es wichtig, dass das gesamte System - von der ersten Wasseraufbereitung über die Hochspannungsgleichrichtung bis hin zur Gasverdichtung oder -speicherung - sicher und effizient betrieben wird und dass das erzeugte Wasserstoffgas die erforderlichen Qualitätsstandards für die spätere Verwendung erfüllt. 

Gewährleistung eines effektiven und sicheren Betriebs

Der Schlüssel zur Sicherheit, Effizienz und Gasqualität von Elektrolyseuren ist der Einsatz moderner Sensoren und Überwachungsinstrumente.

Dazu gehören:

Sauerstoff- und Stickstoffspurensensoren zur Messung der Reinheit des Wasserstoffgasstroms

Sauerstoffsensoren zur Gewährleistung der Sicherheit des Betriebspersonals

Wasserstoffsensoren im Sauerstoffgasstrom, um Explosionsrisiken zu erkennen

Spurenfeuchte-Taupunktsensoren zur Bestimmung der Effizienz und Leistung des Trocknungssystems und damit der Qualität der Wasserstoffproduktion

Flüssigkeitsstandssensoren an Wasser- und, bei alkalischen Elektrolyseuren, Laugenbehältern

Die Zuverlässigkeit und Genauigkeit jedes dieser Geräte ist für den effektiven und sicheren Betrieb eines jeden Elektrolyseurs von entscheidender Bedeutung. Hervorzuheben sind die Feuchtigkeitssensoren, die für die Optimierung des Betriebs von Trocknungssystemen unerlässlich sind. Sie spielen eine Schlüsselrolle für die Qualität der Dehydratisierung des durch Elektrolyse erzeugten Wasserstoffs, der mit Wasserdampf gesättigt ist. 

Trockner basieren normalerweise auf dem Druckwechseladsorptionsverfahren (PSA). Mehrere Trockenmittelsäulen werden verwendet, um die Feuchtigkeit aus dem Gas zu adsorbieren, während es über das Trockenmittel strömt, wobei die Säulen automatisch regeneriert werden, sobald der Feuchtigkeitsgehalt des Trockenmittels ein bestimmtes Niveau erreicht. Da die Gastrocknung und die Regeneration des Trockenmittels energieintensive Prozesse sind, ist die genaue Messung des Feuchtigkeitsgehalts der Schlüssel zur Erhaltung der Gasqualität und zur Minimierung des Energieverbrauchs. Eine genaue Feuchtemessung am Ausgang der Wasserstoffzufuhr ist auch dann von entscheidender Bedeutung, wenn das Gas vor der Verwendung oder Verteilung komprimiert werden muss. Dadurch werden nachgeschaltete Geräte und Rohrleitungen vor Korrosion geschützt.

Auch die Messwerte von Sauerstoff- und Wasserstoffsensoren werden verwendet, um sicherzustellen, dass die Reinheit der verschiedenen Gasströme aus dem Elektrolyseur, sowohl nass als auch trocken, in Teilen pro Million (ppm) gemessen wird. Diese Sensoren werden auch in Leckerkennungssystemen an jeder Elektrolysezelle und zur Messung der Sauerstoffkonzentration im Wasserstoffstrom nach dem Elektrolyseur eingesetzt, um eine mögliche Explosionsgefahr zu vermeiden. Um sicherzugehen, sollten diese Geräte auch nach SIL-Normen konzipiert und zugelassen sein.

Die Spezifikation, der Einbau und der Betrieb dieser verschiedenen Sensoren erfordert spezielle Kenntnisse, weshalb es wichtig ist, mit einem erfahrenen Lieferanten zusammenzuarbeiten. Bei Process Sensing Technologies verfügen wir über die erforderlichen Kenntnisse, Fähigkeiten und Ressourcen, da wir über jahrzehntelange Erfahrung in der Herstellung fortschrittlicher Gas- und Feuchtigkeitsmessgeräte und -systeme verfügen.

Wenn wir Sie bei der Entwicklung effizienter, sicherer und leistungsstarker Überwachungsinstrumente für Wasserstoff-Elektrolyseure unterstützen sollen, nehmen Sie bitte noch heute Kontakt mit unserem Team auf.

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Quellen:

IEA-Wasserstoffbericht

Artikel der Zeitschrift Recharge

Aurora Energy Research Bericht