Messtechnik für Elektrolyseure
Der Wettbewerb zwischen Elektrolysetechnologien ist intensiv: Alkalische Elektrolyseure (AEL) gelten als reifste Technologie mit knapp 100 Jahren Betriebserfahrung und hoher Wartungsfreundlichkeit. PEM-Elektrolyseure glänzen mit schnellen Reaktionszeiten und Flexibilität bei variabler Last – ideal für erneuerbare Energiequellen. Hochtemperatur-Elektrolyseure (HTE) erreichen hohe Wirkungsgrade und lassen sich in industrielle Prozesse integrieren. AEM-Elektrolyseure, noch in Entwicklung, versprechen Kosteneinsparungen durch weniger teure Katalysatoren. Die Wahl hängt ab von Produktionskapazität, Betriebsbedingungen und Wirtschaftlichkeit. Entscheidend für sichere Elektrolyse-Systeme ist präzise Messtechnik: SIL-zertifizierte Druck- und Temperatursensoren, Ex-Zulassungen und Sicherheitsbegrenzer verhindern Risiken bei der Wasserstoffbehandlung.
Autor: Rainer Moritz, Branchenmanager Erneuerbare Energien, Jumo
Alkalische, PEM-, Hochtemperatur- und AEM-Elektrolyse – jede Technologie optimiert für ihre Anwendung. Sicherheitsmesstechnik schafft Zuverlässigkeit.
Die Elektrolyse von Wasser ist eine etablierte Technologie: Seit den 1930er Jahren arbeiten alkalische Elektrolyseure zuverlässig zur Wasserstofferzeugung. Heute jedoch erlebt die Technologie ein Comeback, denn die Energiewende braucht Wasserstoff als Speicher: Elektrolyseure wandeln überschüssigen Strom aus Wind- und Solarkraft in grünen Wasserstoff um und machen ihn speicher- und transportierbar. Dies öffnet neue Wege für die Dekarbonisierung von Industrie und Mobilität und reduziert die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern. Der Wettbewerb zwischen alkalischen, PEM- und Hochtemperatur-Verfahren ist intensiv – jede Technologie optimiert Effizienz, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit für ihre spezifischen Anwendungen.
Elektrolysetechnologien
Es gibt verschiedene Arten von Elektrolyseuren, die je nach Anwendung, Betriebsbedingungen und technischen Anforderungen variieren. Die wichtigsten Typen von Elektrolyseuren sind:
- Alkalische Elektrolyseure (AEL): Alkalische Elektrolyseure sind seit knapp 100 Jahren im Einsatz und die am weitesten verbreitete Technologie. Durch stetige Weiterentwicklung z. B. Erhöhung des Betriebsdrucks ist die Effizienz auch mit heutigen Technologien wettbewerbsfähig. Sie sind wartungsfreundlich und ausgereift.
- PEM-Elektrolyseure (Proton Exchange Membrane): PEM-Elektrolyseure verwenden eine Protonenaustauschmembran als Elektrolyt. Diese Membran ermöglicht den Durchtritt von Protonen, während Elektronen blockiert werden. PEM-Elektrolyseure sind bekannt für ihre hohe Effizienz und schnelle Reaktionszeiten, was sie besonders geeignet für mobile Anwendungen mit variabler Last macht.
- Hochtemperatur-Elektrolyseure (HTE): Hochtemperatur-Elektrolyseure arbeiten bei Temperaturen über 500 °C und verwenden Festoxid-Elektrolysezellen (SOEC), um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. HTE-Systeme können hohe Wirkungsgrade erreichen und sind gut für die Integration mit industriellen Prozessen oder zur Nutzung von Abwärme geeignet.
- AEM-Elektrolyseur (Anion Exchange Membrane): AEM-Elektrolyseure, basieren auf der Technologie der Protonenaustauschmembran (PEM), bewegen aber statt Protonen Anionen durch die Membran. Ein Vorteil von AEM-Elektrolyseuren gegenüber PEM-Elektrolyseuren besteht darin, dass sie keinen teuren Platin-Katalysator an der Anode benötigen, was die Kosten senken kann. Außerdem sind sie oft weniger anfällig für Verunreinigungen und können mit einer breiteren Palette von Elektrolyten arbeiten. Diese Technologie befindet sich jedoch noch in der Entwicklung und wird noch nicht so weit verbreitet eingesetzt.
Jeder Elektrolyseurtyp bringt spezifische Vor- und Nachteile sowie unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten mit sich. Die Wahl des passenden Typs richtet sich nach Faktoren wie Produktionskapazität, Betriebsbedingungen, Energiequellen und Kosten.
Zuverlässige und sichere Messtechnik
Ein Elektrolyseur ist ein komplexes System, das auf präzise abgestimmte Messtechnik angewiesen ist. Da Wasserstoff ein explosives Gas ist, müssen die Vorschriften zum Explosionsschutz strikt eingehalten werden. Jumo bietet hierfür ein umfassendes Produktsortiment – von Sensoren über Automatisierungslösungen bis hin zur Cloud-Auswertung. Speziell für den Einsatz mit Wasserstoff getestete Druck- und Temperatursensoren gewährleisten einen sicheren Betrieb in der Elektrolyseur-Peripherie.
Der Prozessdruckmessumformer Jumo Siras P21 AR mit SIL/PL- und Ex-Zulassung misst zuverlässig Relativ- und Absolutdruck in Flüssigkeiten, Dämpfen und Gasen. Er wurde nach DIN EN 61508 für sicherheitstechnische Anlagen mit Safety Integrity Level (SIL) entwickelt und eignet sich ideal für Sicherheitsmessketten in der Prozessindustrie und im Maschinenbau.
Das Widerstandsthermometer Jumo Processtemp mit SIL/PL- und Ex-Zulassung wird bevorzugt zur Temperaturmessung in flüssigen und gasförmigen Medien eingesetzt. Es besteht aus einer Schutzarmatur nach DIN 43772, einem Anschlusskopf und einem auswechselbaren Messeinsatz.
Der kompakte, frei konfigurierbare Sicherheitstemperaturbegrenzer/-wächter Jumo SafetyM STB/STW Ex nach DIN EN 14597 erkennt Gefahren im Ex-Bereich frühzeitig und beherrscht sie sicher. Solche Gefahren können Menschen verletzen, die Umwelt schädigen oder Produktionsanlagen zerstören. Kombiniert man die einkanalige Sicherheitssteuerung des Jumo SafetyM mit Widerstandsthermometern oder Thermoelementen, entsteht eine zertifizierte SIL-3-Kompaktlösung, die Jumo mit Herstellererklärung liefert.
Die Elektrolyse spielt eine Schlüsselrolle in der Industrie. Sie ist unverzichtbar für die Wasserstofferzeugung und damit elementar für die Energiewende. Ihr Ziel: die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringern. In Verbindung mit erneuerbaren Energien birgt die Elektrolyse großes Potenzial, sich in den kommenden Jahren stark weiterzuentwickeln. Langfristig wird ihre Wirtschaftlichkeit im Wettbewerb mit fossilen Energieträgern entscheidend sein. Effizienzsteigerungen, Innovationen, Skaleneffekte und intelligente Systemlösungen sind Wege, um die Marktdurchdringung erfolgreich voranzutreiben.
Rainer Moritz
Branchenmanager Erneuerbare Energien, Jumo
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