Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse

Wasserstoff im Allgemeinen und grüner Wasserstoff im Speziellen sind derzeit Gesprächsthema. Neben der lange bekannten Verwendung beispielsweise in der chemischen Industrie wird sich Wasserstoff im Zuge der Energiewende und der Umstellung der industriellen Produktion auf Kreislaufprozesse vielfältige neue Anwendungen erobern. Reduktionsmittel für die Stahlerzeugung, Speichermedium für Dunkelflauten und Rohstoff für synthetisches Kerosin sind hierfür einige wichtige Beispiele. Der langfristig nachhaltigste Weg zur Produktion von Wasserstoff besteht in der Wasserelektrolyse, durch die grüner Wasserstoff aus der Umgebungskomponente Wasser allein mithilfe erneuerbarer elektrischer Energie erzeugt werden kann.

Zusammenfassung

In diesem Übersichtsbeitrag berichten wir über die Grundlagen und den erreichten technischen Stand der Herstellung von grünem Wasserstoff durch Wasserelektrolyse. Für diese nachhaltige Produktion von Wasserstoff wird lediglich gereinigtes Wasser und erneuerbare elektrische Energie benötigt. Wegen der großen Stabilität des Wassermoleküls ist der Energiebedarf der Elektrolyse allerdings sehr hoch. Wir zeigen, dass es bereits drei technisch verfügbare Technologien (alkalische, PEM- und Hochtemperatur-Elektrolyse) mit jeweils spezifischen Vor- und Nachteilen gibt. Zukünftige Entwicklungen konzentrieren sich auf die Senkung der Investitionen für Elektrolyseanlagen sowie auf die Verringerung der Verluste bei der Wasserspaltung, beispielsweise durch alkalische Membranelektrolyse mit einer eleganten Kombination der Eigenschaften von alkalischer und PEM-Elektrolyse.

Summary

In this review article we report on the fundamentals and the achieved technical status of the production of “green” hydrogen by water electrolysis. For this sustainable production of hydrogen, only purified water and renewable electrical energy are needed. However, due to the great stability of the water molecule, the energy demand of electrolysis is very high. We show that there are already three technically available technologies (alkaline, PEM and high-temperature electrolysis), each with specific advantages and disadvantages. Future developments focus on reducing the investment for electrolysis plants as well as on decreasing the losses in water splitting, for example through alkaline membrane electrolysis with an elegant combination of the properties of alkaline and PEM electrolysis.

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