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VOMPELS: Wasserelektrolyse unter Hochdruck

Das „Power2Gas“-Verfahren ist ein wichtiger Baustein der Energiewende, um die schwankend anfallenden Erneuerbaren Energien langfristig zu speichern. Mit Hilfe von Strom wird hier bei der Elektrolyse Wasser gespalten, wobei der anfallende Wasserstoff ins bestehende Erdgasnetz eingespeist und gespeichert werden kann. Dafür muss er jedoch unter Druck gesetzt werden. Dies geschieht normalerweise nach der Elektrolyse mittels mechanischer Kompression. Ein Konsortium bestehend aus der Westfälischen Hochschule Gelsenkirchen Bocholt Recklinghausen sowie den Firmen iGas Energy GmbH, ProPuls GmbH und Obitronik GmbH hat nun ein System entwickelt, bei dem die Elektrolyse direkt unter Druck durchgeführt wird und die nachgelagerte mechanische Komprimierung des Wasserstoffs somit entfällt. Das spart Geld, Zeit und Ressourcen.

Der im Gemeinschaftsprojekt „Vompels“ entwickelte vollmodulare PEM-Hochdruckelektrolyseur hat eine spezielle Bauweise und beruht auf verschiedenen Patenten. Es werden mehrere Elektrolysezellen  zu einem Stack zusammengefügt und im Betrieb mit einem unter Druck stehenden Hydraulikmedium umspült. Der auf die aktiven Zellen wirkende Druck kann somit überall gleichgehalten werden. Unter diesen Umständen kann das Wasserstoffgas, das bei der Elektrolyse entsteht, direkt unter hohem Druck und somit effizient entnommen werden. Dank des variabel einstellbaren Hydraulikdrucks kann darüber hinaus ein nahezu beliebiges Druckniveau des produzierten Wasserstoffs erreicht werden.

Fortschrittsmotor Klimaschutz:

  • Entwicklung eines speziellen Hochdruck-Elektrolysestacks
  • Wegfall nachgelagerter mechanischer Komprimierung
  • Einsparung von Ressourcen, Zeit und Geld
  • Optimiert für gleichzeitige Abwärmenutzung

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Foto: Westfälische Hochschule

Schematischer Aufbau des modularen PEM-Elektrolyseur-Stacks (PEM: proton exchange membrane) in Taschenbauweise



Vermeidung von mechanischer Komprimierung spart Ressourcen

Mit Hilfe dieses Verfahrens kann der erzeugte Wasserstoff direkt ins Erdgas-Pipelinenetz eingespeist werden. Die bisher notwendige nachgelagerte mechanische Komprimierung entfällt – und mit ihr ein sehr wartungsintensives und teures mechanisches Bauteil der Power2Gas-Anlage. Das spart nicht nur Geld und Zeit, sondern auch Ressourcen. Die ersten Studien dieses Elektrolysesystems sind im Rahmen eines ZIM-Projektes (zentrales Innovationsprogramm Mittelstand) erarbeitet worden. Mit dem eigens entwickelten Messsystem konnte der Funktionsnachweis des entwickelten Elektrolyseurs bis zu einem Druck von fünf bar erbracht werden. Gegenstand laufender Forschungsarbeiten ist darüber hinaus die Wasserstoffproduktion bei Drücken von bis zu 100 bar. Zudem ist es möglich, die Elektrodenflächen in naher Zukunft auf über 1.000 cm2 zu vergrößern, um größere Mengen zu produzieren. „Das gesamte Zelldesign ist insbesondere für Anwendungen in der Industrie ausgelegt“, sagt Dr. Ulrich Rost der Firma ProPuls GmbH.

Klimafreundliche Wärmeerzeugung

Einen weiteren Vorteil bietet die mögliche Abwärmenutzung: Die bei der Elektrolyse entstehende Abwärme kann über das Hydraulikmedium abgeführt und über externe Wärmetauscher nutzbar gemacht werden. Für zukünftige Anwendungen mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) leistet das Stack-Konzept somit einen Beitrag zur klimafreundlichen Wärmeerzeugung. Das System ist darüber hinaus für hohe Leistungen und hohe Spannungen ausgelegt, so dass auch die Abwärmenutzung noch weiter optimiert werden kann.


Foto: Andreas Hoch

"Betrachtet man die Herausforderungen, die aus der Energiewende für den Bereich der Speichertechnologien resultieren, werden diese nicht ohne das Speichermedium Wasserstoff gemeistert werden können. Der einfachen, kostengünstigen und robusten Bereitstellung von   Wasserstoff auf hohem Druckniveau kommt daher zukünftig eine ganz besondere Bedeutung zu. Mit der Entwicklung eines PEM-Hochdruckelektrolyseurs bietet das Konsortium aus verschiedenen Unternehmen zusammen mit dem Westfälischen Energieinstitut hierfür eine besonders elegante Lösung an."

Prof. Dr. Michael Brodmann, Vizepräsident für Forschung und Entwicklung der Westfälischen Hochschule, Direktor des Westfälischen Energieinstituts




Partner und Förderer


Partner:
  • Westfälische Hochschule
  • iGas energy
  • ProPuls GmbH
  • Obitronik GmbH
Förderer:
  • EU-Förderung
  • Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BmWi)
  • Land NRW

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