Metallfreie Pumpentechnologie für die Elektrolyse

Auf Anfrage bei March ­ Pumpen entwickelten die Ingenieure gemeinsam mit einem Dortmunder Unternehmen und der Technischen Hochschule Mittelhessen ein voll­ständig metallfreies Pumpen­system aus PEEK und Siliziumkarbid.

© March Pumpen

Als grünen Wasserstoff bezeichnet man Wasserstoff, bei dessen Produktion keine klimaschädlichen Treibhausgase freigesetzt werden. Hierbei werden ausschließlich regenerative Energiequellen, wie Windkraft, Solarenergie oder Wasserkraft als Energieträger herangezogen. Die Herstellung erfolgt auf der Grundlage der alkalischen Elektrolyse mit KOH, bei der Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) aufgespalten wird mit KOH als Elektrolyt. Der erzeugte Wasserstoff kann anschließend zur CO₂-freien Energie­erzeugung genutzt werden. Bei einer Temperatur von rund 90 °C kann die alkalische Elektrolyse höchst effizient durchgeführt werden.

Leckage- und metallfreie Pumpentechnologie

Die neu entwickelte Pumpenserie ist widerstands­fähig gegen nahezu alle Chemikalien, ­arbeitet effizient und temperaturbeständig, und kommt vollständig ohne dynamische Dichtungen aus – hier in ATEX-konformer Ausführung.

© March Pumpen

Um grünem Wasserstoff wirtschaftlich nutzen zu können, ist bei der Herstellung eine hohe Prozesseffizienz erforderlich. Es gibt verschiedene Faktoren, die die Effizienz der alkalischen Elektrolyse beeinflussen, wie u.a. die Konzentration der Elektrolytlösung, die Stromdichte, die Temperatur und der Druck. Neben einer hohen Temperatur darf das Medium beim Herstellungsprozess nicht mit metallischen Werkstoffen in Berührung kommen, denn metallische Werkstoffe würden das Medium durch die Abgabe von Metallionen beim Elektrolyseprozess verunreinigen und den Wirkungsgrad dadurch stark herabsetzen.

Gefunden werden mussten also Prozesspumpen, die leckagefrei, mit einem kontinuierlichen Förderstrom, unter hohem Förderdruck metall­frei arbeiten. Für diese Anwendung war das börsennotierte Unternehmen aus Dortmund lange auf der Suche nach einer geeigneten Lösung, denn eine solche Pumpe gab es auf dem internationalen Pumpenmarkt bislang nicht.

Aufgrund einer Anfrage bei March Pumpen entwickelten die Ingenieure in Zusammenarbeit mit dem Dortmunder Unternehmen und der Technischen Hochschule Mittelhessen ein vollständig metallfreies Pumpensystem aus PEEK und Siliziumkarbid. Basis dafür war eine magnetgetriebene Zahnradpumpe, die diese hohen Anforderungen erfolgreich erfüllen konnte. PEEK ist ein Hochleistungskunststoff mit hervorragender chemischer Beständigkeit, hoher Temperaturbeständigkeit und einer hohen mechanischen Festigkeit. Die entwickelte Pumpenbaureihe ist gegen nahezu alle bekannten Chemikalien beständig, hocheffizient, temperaturbeständig und arbeitet völlig ohne dynamisch wirkende Dichtungen. Die Pumpe ist hierdurch absolut leckagefrei und benötigt keinerlei Wartung.

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Wirkungsgrad der Elektrolyse

Der Wirkungsgrad der alkalischen Elektro­lyse hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie bspw. der Zusammensetzung der Elek­trolytlösung, der Betriebstemperatur und dem eingesetzten Elektrodenmaterial. In der Regel liegt der Wirkungsgrad der alkalischen Elek­trolyse bei etwa 70 bis 80 %. Es wird aktiv an Methoden zur Verbesserung des Wirkungsgrads der alkalischen Elektrolyse geforscht. Ein wichtiger Fokus liegt dabei auf der Verringerung der Zellspannung, die derzeit einer der Hauptfaktoren für den niedrigen Wirkungsgrad der alkalischen Elektrolyse ist. Ein Ansatz zur Verbesserung des Wirkungsgrads ist die Entwicklung von verbesserten Elek­trodenmaterialien, die in der Lage sind, höhere Stromdichten zu bewältigen und somit die Zellspannung zu verringern. Ein anderer Ansatz besteht in der Optimierung der Elektrolytlösung, um die Leitfähigkeit zu erhöhen und die Zellspannung zu senken.

Weitere Forschungsbereiche umfassen die Entwicklung von Systemen zur Wärmerückgewinnung, die den Energiebedarf des Elektrolyseprozesses senken.