Neues Elektrolyt macht überschüssigen Ökostrom zu Wasserstoff
Dank eines neuen Elektrolyse-Verfahrens soll sich überschüssiger Ökostrom zukünftig noch wirkungsvoller in den Energiespeicher Wasserstoff umwandeln lassen. Der Trick: Eine protonenleitende Polymermembran Jülicher Forscher ersetzt als Elektrolyt die klassische Kalilauge. Zu sehen ist sie auf der Hannover Messe.
Eine Wissenschaftlerin arbeitet im Forschungszentrum Jülich an einer Testeinrichtung zur experimentellen Untersuchung von Elektrolysezellen. Die neuen PEM-Elektrolyseuren sollen nicht nur besonders effizient sein, sondern auch ohne bedenkliche Chemikalien auskommen.
Foto: Forschungszentrum Jülich
„Die Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie besitzt ein enormes Potenzial für die effizientere Nutzung und großskalige Speicherung von Energie“, sagt Bernd Emonts, wissenschaftlicher Koordinator am Institut für Energie- und Klimaforschung im Forschungszentrum Jülich. Im Bereich Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-3) wollen die Wissenschaftler die Grundlagen dafür schaffen, dass klimaneutrale Technologien auch wirtschaftlich wettbewerbsfähig werden können. Wasserstoff als Energiespeicher spielt dabei eine bedeutende Rolle.
Hohe Energiedichte macht Wasserstoff zum idealen Energiespeicher
Wasserstoff kommt insbesondere dann ins Spiel, wenn Speicher benötigt werden, die große Mengen an Energie über einen längeren Zeitraum aufnehmen können. Das wird mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien zunehmend wichtiger, denn damit haben auch Schwankungen in der Stromerzeugung zugenommen. Das farb- und geruchlose Gas Wasserstoff ist dank seiner hohen Energiedichte als Energiespeicher optimal geeignet.
Ein gängiges Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff aus Wasser und Elektrizität ist die Elektrolyse. Hierbei wird Wasser mit einer Flüssigkeit versetzt, die Ionentransport ermöglicht. Unter Einsatz von Strom wird das Wasser dann in die Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt und dabei die elektrische in chemische Energie umgewandelt. Sie wird im Wasserstoff gespeichert. In einer Brennstoffzelle wird das umgekehrte Prinzip eingesetzt und die gespeicherte chemische in elektrische Energie zurückverwandelt.
PEM-Elektrolyse sorgt für bessere Stromausbeute und höhere Netzstabilität
Aus wirtschaftlichen Gründen wird heute allerdings nur ein kleiner Teil des Wasserstoffs auf diese Weise erzeugt, in der Regel durch sogenannte alkalische Elektrolyseure, in denen die Elektrolyse stattfindet. Die Wissenschaftler am IEK-3 arbeiten nun an einem neuen Elektrolyse-Verfahren mit einer protonenleitenden Polymermembran (PEM).
Die PEM-Elektrolyse verwendet im Gegensatz zur alkalischen Wasserelektrolyse, bei der Kalilauge als Elektrolyt eingesetzt wird, protonenleitende Membranen als Elektrolyt. Die PEM-Elektrolyseure sind dadurch einfacher im Aufbau, haben eine höhere Leistungsdichte, einen höheren Wirkungsgrad und kommen ohne bedenkliche Chemikalien aus.
PEM-Elektrolyseure arbeiten auch dann noch effizient, wenn durch ungünstige Wetterbedingungen nur wenig Strom zur Verfügung steht. Umgekehrt ist die Technologie dafür ausgelegt, extreme Überlasten aufzunehmen. Dadurch könnte sie dazu beitragen, Lastspitzen abzubauen, wenn starker Wind weht. Ein Vorteil, der nicht nur der Stromausbeute zugutekommt, sondern auch der Netzstabilität.
Jülicher Wissenschaftler präsentieren Ergebnisse auf der Hannover Messe
Um die Wasserstoff-Technologie zukünftig wettbewerbsfähig zu machen, arbeiten die Jülicher Forscher an kompakten, überlastfähigen Anlagen, in denen die PEM-Elektrolyse eingesetzt werden soll. „Dazu optimieren wir die gesamte Produktionskette vom gezielten Werkstoffdesign bis hin zur Entwicklung neuer Herstellungsverfahren und anwendungsnaher Systemlösungen“, erklärt Bernd Emonts.
Auf der Hannover Messe stellt das Team des IEK-3 seine Ergebnisse am Gemeinschaftsstand „Wasserstoff, Brennstoffzellen und Batterien“ vor. Außerdem werden innovative Testsysteme mit Brennstoffzellen aus den Jülicher Labors präsentiert, die entwickelt wurden, um im Haus-, Fahrzeug- und Industriesektor hocheffizient Energie bereitzustellen.
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