Kosteneffiziente Wasserspaltungslösungen für die Wasserstoffindustrie
Zuletzt aktualisiert am 7. Februar 2023 von Lars Weidmann
Die Wasserstoffindustrie befindet sich in einem rasanten Wandel, und kosteneffiziente Lösungen für die Wasserspaltung spielen eine wichtige Rolle bei der Förderung dieses Wandels. Bei der Wasserspaltung werden die Bindungen der Wassermoleküle aufgebrochen, um Wasserstoff als Brennstoff zu erzeugen, der in einer Vielzahl von Anwendungen und Branchen eingesetzt werden kann. In dem Maße, wie die Nachfrage nach sauberer Energie steigt, wächst auch der Bedarf an effizienteren Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff. Lösungen wie die photokatalytische Wasserspaltung, die alkalische Elektrolyse und die Protonenaustauschmembran-Elektrolyse (PEM) bieten eine erschwingliche, erneuerbare Möglichkeit zur Erzeugung von Wasserstoff. Diese kosteneffizienten Lösungen zur Wasserspaltung tragen dazu bei, die Wasserstoffindustrie zu revolutionieren, indem sie eine saubere und kostengünstige Quelle für Wasserstoff als Kraftstoff bieten.
Einführung in die Wasserstoffindustrie
Die Wasserstoffindustrie befindet sich in einer Übergangsphase. Wasserstoff wird manchmal als der “Wunderkraftstoff” der “sauberen Energie” bezeichnet. Theoretisch bietet die Verwendung von Wasserstoff als Kraftstoff viele Vorteile, wie z. B. keine Emission schädlicher Schadstoffe und keine CO2-Bilanz. Die Gewinnung von Wasserstoff aus Erdgas oder Kohle zur Stromerzeugung ist jedoch nach wie vor eine Herausforderung. Erdgas ist der sauberste fossile Brennstoff mit einem Treibhauspotenzial, das 70-mal geringer ist als bei kohlenstoffbasierten Brennstoffen. Es wird erwartet, dass der größte Teil des Wachstums bei der Wasserstoffproduktion auf Asien entfällt, da die Nachfrage nach Wasserstoff als saubere und billigere Alternative zu Erdgas steigt. Wasserstoff ist ein wichtiger Übergangskraftstoff für den Energiesektor.
Kostengünstige Lösungen für die Wasserspaltung
Die kosteneffizienten Lösungen für die Wasserspaltung sind vielleicht die wichtigsten Bestandteile des Wasserstoff-Ökosystems. Die Wasserspaltung ist ein Schlüsselprozess zur Erzeugung von Wasserstoff aus jeder Brennstoffquelle. Wasserstoff hat viele Vorteile gegenüber verbrennungsbasierten Energiequellen. Er ist geruchsneutral, erzeugt keine schädlichen Dämpfe und setzt kein Kohlendioxid frei, das ein schädliches Treibhausgas ist. Bei der Verwendung in Fahrzeugen wird nur Wasser als Abfallprodukt freigesetzt, was lange Fahrstrecken ermöglicht, was sich positiv auf alle Aspekte des Verkehrs auswirkt. Die größte Herausforderung bei der Wasserspaltung ist, dass es sich um einen sehr energieintensiven Prozess handelt. Eine Alternative ist jedoch die Nutzung erneuerbarer Energiequellen, um die Energiekosten der Wasserspaltung zu senken. Die Photokatalyse ist eine vielversprechende Lösung für die Wasserspaltung, die die Energie des Sonnenlichts zur Erzeugung von Wasserstoff nutzt. Eine weitere nützliche erneuerbare Energiequelle zur Senkung der Kosten für die Wasserspaltung ist die Thermoelektrik.
Photokatalytische Wasserspaltung
Die Sonnenenergie wird zur Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff durch Photokatalyse genutzt. Die Wasserspaltung mit Hilfe von Licht ist ein vielversprechender Ansatz, da sie keine zusätzliche Energiezufuhr erfordert. Das bedeutet, dass sie die Umwelt nicht verschmutzt und wenig bis gar keinen Strom benötigt. Die Photokatalyse ist eine energieautarke Methode der Wasserspaltung, die die Energie des Sonnenlichts nutzt, um Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. Um die Sonnenenergie für die Erzeugung von Wasserstoff nutzbar zu machen, wird ein photokatalytisches Material verwendet. Diese Materialien zeichnen sich durch ihre natürliche Fähigkeit aus, Licht zu absorbieren und es zur Spaltung von Wassermolekülen zu nutzen. Die derzeit vielversprechendsten photokatalytischen Materialien sind Titandioxid und Eisenoxid.
Alkalische Elektrolyse
Die alkalische Elektrolyse ist eine nicht konvertierende Methode der ionischen Wasserspaltung. Bei der Elektrolyse wird ein alkalischer Elektrolyt verwendet, der den pH-Wert des Wassers auf ein hohes Niveau anhebt, was die Wasserspaltung ermöglicht. Die alkalische Elektrolyse ist eine kostengünstige Methode der Wasserspaltung, die ohne elektrischen Strom auskommt. Die alkalische Elektrolyse ist ein kostengünstiges Verfahren zur Wasserspaltung, bei dem Wasser durch Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Das Verfahren wird mit einigen wenigen elektrolytischen Komponenten betrieben, wie einem Platingitter, einer schwachen Säure und einer alkalischen Ionenaustauschmembran.
Protonenaustauschmembran-Elektrolyse (PEM)
Die PEM-Elektrolyse verwendet eine Protonenaustauschmembran als Membran für die Wasserstofferzeugung. Die PEM-Elektrolyse ist eine kostengünstige und hocheffiziente Lösung zur Wasserspaltung. Bei der PEM-Elektrolyse wird eine Protonenaustauschmembran als Festelektrolyt für die Wasserstofferzeugung verwendet. Die Membran ermöglicht die selektive Absorption von Wasserstoffmolekülen unter Druck. Bei der Protonenaustauschmembran-Elektrolyse wird eine Protonenaustauschmembran als Festelektrolyt verwendet. Das PEM-Verfahren hat gegenüber der alkalischen Elektrolyse und der Photokatalyse einige Vorteile. Die PEM ist eine hocheffiziente Methode der Wasserspaltung, da sie weniger Energie verbraucht und weniger Schadstoffe erzeugt. Im Vergleich zur alkalischen Elektrolyse hat die PEM außerdem einen höheren Wirkungsgrad bei der Wasserstoffumwandlung, was ihr deutliche Vorteile verleiht.
Vorteile kosteneffizienter Lösungen zur Wasserspaltung
Erneuerbare Energiequelle – Wasserstoff ist ein Energieträger, seine Herstellung erfordert also Energie. Einer der wichtigsten Vorteile der Wasserspaltung ist, dass sie erneuerbare Energiequellen wie Sonnenlicht oder Wasser nutzt.
Niedrige Energiekosten – Die für die Wasserspaltung benötigte Energie ist der Hauptfaktor, der die Kosten der Wasserstoffproduktion bestimmt. Bei kosteneffizienten Lösungen für die Wasserspaltung ist die für die Spaltung von Wasser benötigte Energie niedriger als die für verbrennungsbasierte Quellen benötigte Energie.
Wasserstoffspeicherung – PEM-Membranen können Wasserstoff bei hohem Druck und niedriger Temperatur speichern, was die Speicherung von Wasserstoff im kommerziellen Maßstab ermöglicht.
CO2-Fußabdruck – Wasserstoff ist ein sauberer und erneuerbarer Brennstoff, der keinen Kohlenstoff-Fußabdruck hat. Das bedeutet, dass Wasserstoff das Potenzial hat, einen wesentlichen Beitrag zur Verringerung der Treibhausgasemissionen zu leisten.
Vielseitigkeit – Hydrotreating, Reforming und Elektrolyse sind die drei Methoden der Wasserspaltung. Wasserstoff kann aus einer Vielzahl von organischen und anorganischen Molekülen hergestellt werden, was ihn zu einer vielseitigen und flexiblen Energiequelle macht.
