Untersuchung der Gasreinheit in der druckbetriebenen alkalischen Wasserelektrolyse

Das Ziel dieses Projektes war die experimentelle und theoretische Untersuchung der Gasreinheit in der alkalischen Wasserelektrolyse unter erhöhten Systemdrücken und relevanten Betriebsbedingungen. Hierfür wurden sowohl stationäre und dynamische Experimente unter Variation der Stromdichte, des Systemdrucks, der Elektrolytkonzentration sowie des Elektrolytvolumenstroms und der Elektrolytführungskonzepte zur Evaluierung der Produktgasqualität und des Systemverhaltens durchgeführt. Mit Hilfe dieser experimentellen Ergebnisse war es möglich ein bestehendes verfahrenstechnisches Modell für die alkalische Wasserelektrolyse um die Dynamik und den Druckeinfluss zu erweitern, sodass die Evaluierung von dynamischen Betriebskonzepten zur Erweiterung des Teillastbereichs von alkalischen Wasserelektrolyseuren ermöglicht wurde. Hierbei hat sich ergeben, dass die Elektrolytführung einen sehr großen Einfluss auf die resultierende Produktgasqualität besitzt. Sowohl ein Wechselbetrieb zwischen gemischten und getrennten Elektrolytkreisläufen als auch ein verminderter Elektrolytvolumenstrom waren zielführende Konzepte zur Verringerung der Gasverunreinigung während des Teillastbetriebs. Außerdem wurde in Zusammenarbeit mit weiteren europäischen Forschungsinstituten und einem Materialhersteller vorkommerzielle Separatoren mit dem aktuellen Stand der Technik in Bezug auf Produktgaspermeabilität und ohmsche Spannungsverluste verglichen. Hierfür wurden sowohl physikalische als auch elektrochemische Untersuchungen mit den Materialien durchgeführt. Diese Studie hat gezeigt, dass für die klassische alkalische Wasserelektrolyse dünne Separatoren eine gute Alternative sind, da die Zellspannung hiermit deutlich verringert werden kann, wodurch Betriebskosten in Form von Stromkosten eingespart werden können.