Die Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse ist ein zentraler Baustein für die Energiewende und die Entwicklung einer nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft. Ein oft unterschätzter, jedoch essenzieller Faktor in diesem Prozess ist die Qualität des verwendeten Wassers. Reinstwasser ist hier unverzichtbar, da Verunreinigungen wie gelöste Salze, organische Stoffe oder Partikel die Leistung und Lebensdauer der Elektrolyseure erheblich beeinträchtigen können. Dieser Beitrag beleuchtet die Anforderungen, die Herstellung und die spezifische Rolle von Reinstwasser in der Wasserstofferzeugung.
Inhaltsverzeichnis
Anforderungen an Reinstwasser für die Elektrolyse
In der Elektrolyse wird Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) zerlegt. Um eine optimale Effizienz und minimale Verschleißerscheinungen der Elektrolysezellen zu gewährleisten, muss das verwendete Wasser extrem hohe Reinheitsanforderungen erfüllen:
Leitfähigkeit: < 0,1 µS/cm, um elektrische Verluste zu minimieren und eine hohe Elektrolyseffizienz zu erreichen.
TOC (Total Organic Carbon): < 50 ppb, um Ablagerungen und Fouling auf den Elektroden zu verhindern.
Partikel: Frei von Schwebstoffen, um Verstopfungen und mechanische Schäden an den Zellen zu vermeiden.
Ionengehalt: Konzentration von Ionen wie Kalzium, Magnesium, Chlorid oder Sulfat muss praktisch null sein, um Scaling und Korrosion zu verhindern.
Gelöste Gase: Sauerstoff und Kohlendioxid können den pH-Wert beeinflussen und müssen minimiert werden.
Herausforderungen durch unzureichende Wasserqualität
Unzureichend aufbereitetes Wasser kann in Elektrolyseanlagen erhebliche Probleme verursachen:
Scaling: Gelöste Salze wie Kalzium- oder Bariumsulfat können auf Elektroden und Membranen ausfallen, was die Leitfähigkeit reduziert und die Wartungsintervalle verkürzt.
Korrosion: Chloride und andere aggressive Ionen können die Elektrodenmaterialien angreifen und die Lebensdauer der Anlage verkürzen.
Fouling: Organische Stoffe und Partikel können die Membranen verstopfen und die Effizienz der Gastrennung beeinträchtigen.
Effizienzverluste: Jede Verunreinigung erhöht den elektrischen Widerstand und führt zu höherem Energieverbrauch pro erzeugter Einheit Wasserstoff.
Herstellung von Reinstwasser für die Wasserstofferzeugung
Die Herstellung von Reinstwasser erfordert eine Kombination aus fortschrittlichen Aufbereitungstechnologien. Die Schritte sind wie folgt:
1. Vorbehandlung
Filtration: Entfernung von Schwebstoffen und groben Partikeln durch Sand- oder Mikrofilter.
Enthärtung: Entfernung von Kalzium- und Magnesiumionen, um Scaling in den nachfolgenden Prozessen zu verhindern.
Aktivkohle: Reduktion von organischen Stoffen und Chlor, die Membranen oder Ionenaustauscherharze schädigen könnten.
Foto: Unsere Doppel-Filtrationsanlage mit Sand und Aktivkohle
2. Umkehrosmose (RO)
Die Umkehrosmose entfernt bis zu 99 % der gelösten Salze, organischen Stoffe und Partikel. Sie bildet den Hauptreinigungsschritt und reduziert die Belastung für die nachgeschalteten Prozesse.
3. Elektrodeionisation (EDI)
Kombination von Ionenaustausch und elektrischen Feldern, um die verbleibenden Ionen kontinuierlich zu entfernen. EDI sorgt für eine gleichbleibende Wasserqualität ohne den Einsatz von Chemikalien.
Foto: Unsere Reinstwasseranlage mit Enthärtung, Umkehrosmose und EDI, für kleine Wasserströme
4. Polishing
UV-Bestrahlung: Zersetzt organische Stoffe und desinfiziert das Wasser.
Aktivkohle oder spezialisierte Harze: Minimieren den TOC-Gehalt und sorgen für die erforderliche Endreinigung.
Foto: Unsere selektive Ionenaustauscheranlage mit Regenerationssystem als Polishing-Stufe
Betrieb und Überwachung von Reinstwasseranlagen
Die Zuverlässigkeit von Reinstwasseranlagen für die Wasserstoffproduktion hängt von einer präzisen Überwachung und einem effektiven Wartungsmanagement ab:
Echtzeitüberwachung: Sensoren messen Leitfähigkeit, TOC und pH-Wert kontinuierlich, um sicherzustellen, dass die Wasserqualität den Anforderungen entspricht.
Regelmäßige Reinigung: Membranen und Harze müssen gereinigt oder ausgetauscht werden, um Scaling und Fouling zu verhindern.
Notfallstrategien: Bei Abweichungen in der Wasserqualität sollten Umgehungs- oder Notfallpläne implementiert werden, um den Elektrolyseprozess nicht zu beeinträchtigen.
Vorteile von Reinstwasser in der Elektrolyse
Längere Lebensdauer der Elektrolyseure: Minimierung von Korrosion und Ablagerungen.
Erhöhte Effizienz: Reduktion des elektrischen Widerstands durch die Abwesenheit von gelösten Stoffen.
Niedrigere Betriebskosten: Weniger Wartungsaufwand und geringerer Energieverbrauch.
Konstante Wasserstoffqualität: Sicherstellung eines reinen Wasserstoffgases, das in sensiblen Anwendungen wie Brennstoffzellen oder chemischen Prozessen benötigt wird.
Anwendungsszenarien
1. Grüner Wasserstoff Die Produktion von grünem Wasserstoff erfordert den Einsatz von erneuerbaren Energien und hochreinem Wasser. Reinstwasser trägt dazu bei, die CO₂-Bilanz weiter zu verbessern und die Prozessstabilität sicherzustellen.
2. Wasserstoff für die Mobilität In der Brennstoffzellentechnologie ist die Reinheit des Wasserstoffs entscheidend. Reinstwasser in der Elektrolyse stellt sicher, dass der erzeugte Wasserstoff die hohen Anforderungen der Mobilitätsindustrie erfüllt.
3. Industrieanwendungen In der chemischen Industrie wird Wasserstoff für Prozesse wie die Ammoniaksynthese oder die Raffinierung verwendet. Die Verwendung von Reinstwasser reduziert Prozessstörungen und sorgt für gleichbleibende Qualität.
Foto: Unsere Umkehrosmoseanlage für große Wasserströme
Fazit
Reinstwasser ist ein unverzichtbarer Bestandteil der modernen Wasserstofferzeugung. Es gewährleistet die Effizienz, Langlebigkeit und Zuverlässigkeit von Elektrolyseanlagen und trägt entscheidend zur Qualität des erzeugten Wasserstoffs bei. Die Integration hochentwickelter Reinstwasseranlagen ist ein Schlüsselfaktor für den Erfolg der Wasserstoffwirtschaft und die Realisierung nachhaltiger Energiekonzepte.
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