Protonenaustauschmembran (PEM) Elektrolyseur

Die Polymer-Rohrleitungssysteme von GF Piping Systems sind so konzipiert, dass sie den effizienten Betrieb von PEM-Elektrolyseuren (Proton Exchange Membrane) unterstützen:

• Chemische Beständigkeit: Die Polymerrohre sind sehr widerstandsfähig gegenüber den korrosiven Auswirkungen der sauren oder basischen Umgebungen, in denen PEM-Elektrolyseure arbeiten.
  
• Aufrechterhaltung der Reinheit: Sie verhindern eine Verunreinigung des in PEM-Elektrolyseuren verwendeten Reinstwassers, gewährleisten eine gleichbleibende Leistung und schützen die Integrität des Elektrolyseurs.
  
• Flexibilität und Langlebigkeit: Polymerrohre, z. B. aus Polypropylen (PP) oder Polyvinylidenfluorid (PVDF), sind leicht, flexibel und langlebig, was die Installation erleichtert und die langfristige Zuverlässigkeit beim Umgang mit dem hochreinen Wasser und den Gasen im Elektrolyseprozess gewährleistet.
  
• Geringeres Verschmutzungsrisiko: Ihre glatten Innenflächen tragen dazu bei, das Risiko einer partikulären oder chemischen Verschmutzung zu minimieren, die die Leistung des PEM-Elektrolyseurs beeinträchtigen könnte.
  

Durch die Bereitstellung zuverlässiger, korrosionsbeständiger und chemisch verträglicher Rohrleitungslösungen verbessern die Polymerrohre von GF Piping Systems die Effizienz und Langlebigkeit von PEM-Elektrolyseuren.

Der Protonenaustauschmembran-Elektrolyseur (PEM-Elektrolyseur) ist ein fortschrittliches Gerät, das für die Erzeugung von Wasserstoff durch Wasserelektrolyse entwickelt wurde. Bei diesem Verfahren wird Wasser (H2O) unter Zufuhr von Strom in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) aufgespalten. Die Besonderheit des PEM-Elektrolyseurs liegt in der Verwendung eines festen Polymerelektrolyten oder der Protonenaustauschmembran, die die Leitung von Protonen (positiv geladene Wasserstoffionen) von der Anode zur Kathode erleichtert, während der Elektronenfluss behindert wird. Bei diesem Verfahren wird an der Kathode reines Wasserstoffgas und an der Anode Sauerstoffgas erzeugt.

Es eignet sich besonders gut für Anwendungen, die die Erzeugung von reinem Wasserstoff erfordern, insbesondere im Bereich der Brennstoffzellen für die Energiespeicherung, den Transport und die industrielle Nutzung.

Die Leistung und Langlebigkeit von Protonenaustauschmembran (PEM) Elektrolyseuren hängen von der Qualität des zugeführten Wassers ab. Erhöhte Werte von Total Organic Carbon (TOC*) können die Katalysatoren und die Membran beeinträchtigen, was potenziell die Lebensdauer des Betriebs verringert und somit die Kosten für Wasserstoff erhöht.

Es ist wichtig, die Verwendung von qualitativ hochwertigen Materialien wie PP-H zu priorisieren und fortschrittliche Reinigungsmethoden zu implementieren, um das Risiko von Verunreinigungen zu minimieren. Erhöhte TOC*-Werte im Wasseranspruch können während des Elektrolyseprozesses unerwünschte Nebenprodukte erzeugen. Diese Nebenprodukte können zur Materialzerstörung und einer Verringerung der Betriebseffizienz beitragen. 1

Deshalb ist es entscheidend, Materialien mit Widerstand gegen chemische Zersetzung und Leaching auszuwählen, um die Integrität des Elektrolysesystems zu schützen.

1. Hans Becker et al. (Review-Artikel) Sustainable Energy Fuels, 2023, 7, 1565-1603. DOI: 10.1039/D2SE01517J, Einfluss von Verunreinigungen auf die Wasserelektrolyse: Ein Überblick - Sustainable Energy & Fuels (RSC Publishing) DOI:10.1039/D2SE01517J (Freier Zugang, Artikel nur auf englisch verfügbar)

*Definition von TOC: Total Organic Carbon (TOC) misst die Menge an organischem Kohlenstoff, der im Wasser vorhanden ist, und stellt die Gesamtkonzentration organischer Moleküle dar, die potenziell das System kontaminieren können. Es ist ein kritischer Parameter zur Beurteilung der Reinheit des Wassers, insbesondere bei Anwendungen wie der PEM-Elektrolyse, wo Verunreinigungen die Effizienz und Langlebigkeit des Systems erheblich beeinflussen können.

Die Wasseraufbereitung kann ein wesentlicher Kostenfaktor bei der Produktion von grünem Wasserstoff sein. Zum Beispiel kann die Reinigung von deionisiertem Wasser bis zu 22% der gesamten "Balance of Plant" (BoP) eines 1 MW PEM WE-Systems ausmachen. Diese Kosten bleiben relativ stabil, unabhängig von der Systemgrösse oder Produktionsrate, was sie entscheidend für die Skalierung der Wasserstoffproduktion macht. Die Wasserreinheit ist für Elektrolyseure von entscheidender Bedeutung, da Verunreinigungen die Membran und den Katalysator in PEM-Elektrolyseuren verschlechtern, die Effizienz reduzieren und die Kosten erhöhen, was letztendlich die Lebensdauer des Stacks verkürzt. 1

OEM-Hersteller stehen Herausforderungen gegenüber, wie der Gewährleistung einer konsistenten Wasserreinheit, der Verwaltung der Kosten für Wasseraufbereitungssysteme und der Minderung der Auswirkungen von Verunreinigungen auf die Leistung und Lebensdauer des Elektrolyseurs. Diese Herausforderungen erfordern robuste Technologien zur Wasseraufbereitung und Materialien, die hohe Reinheitsgrade aufrechterhalten können.

Polymere wie Polypropylen-Homopolymer (PP-H) und Polyvinylidenfluorid (PVDF) werden für das Reinstwasser verwendet, da sie hohen Korrosionsbeständigkeiten aufweisen. Sie geben keine Verunreinigungen in das Wasser ab, wodurch die Reinheit des Wassers hoch bleibt. Darüber hinaus sind sie langlebig und können den rauen Bedingungen innerhalb des Elektrolysesystems standhalten.

1. Hans Becker et al. (Review-Artikel) Sustainable Energy Fuels, 2023, 7, 1565-1603. DOI: 10.1039/D2SE01517J, Einfluss von Verunreinigungen auf die Wasserelektrolyse: Ein Überblick - Sustainable Energy & Fuels (RSC Publishing) DOI:10.1039/D2SE01517J
(Freier Zugang, Artikel nur auf englisch verfügbar)