CVM-Systeme leisten auch bei PEM-Elektrolyse gute Dienste

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PEM-Elektrolyseur von ITM Power
PEM-Elektrolyseur von ITM Power. Quelle: ITM Power

Wasserstoff ist ein Hoffnungsträger. Ganze Branchen wollen dadurch auf lange Sicht klimaneutral werden. Entsprechend wächst die Nachfrage nach dem Stoff, der sich durch die Aufspaltung von Wasser unter Einsatz elektrischer Energie gewinnen lässt. Das Verfahren, die Elektrolyse, ist altbekannt und bewährt. Die alkalische Wasserelektrolyse wird seit über 80 Jahren in der chemischen Industrie eingesetzt. Die Überwachung der Spannungen in den einzelnen Zellen eines Elektrolyseurs war in all der Zeit kein Thema. Mit der zunehmenden Nutzung der PEM-Elektrolyse ändert sich das, CVM-Systeme werden zu einem wichtigen Bestandteil der Anlagen.

Bedarf an grünem Wasserstoff fördert die PEM-Elektrolyse

Wasserstoff trägt nur dann zum Erreichen der Klimaziele bei, wenn er CO2-frei produziert wird. Das heißt, es muss elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen genutzt werden. Die steht jedoch wetterbedingt oft stark fluktuierend zur Verfügung, man denke nur an Windkraft. Die zur Wasserstoffsynthese eingesetzte Technologie muss also für einen dynamischen Betrieb ausgelegt sein. Die bewährten alkalischen Elektrolyseure sind das nicht, sie reagieren viel zu träge und werden ineffizienter im Teillastbetrieb. Bei PEM-Elektrolyseuren ist das anders: Sie können kurzfristig angefahren und auch in Teillast betrieben werden, lassen sich also sehr flexibel auf die fluktuierenden Leistungsprofile der erneuerbaren Energien anpassen.

Damit der PEM-Elektrolyseur zu jedem Zeitpunkt sicher betrieben werden kann, gilt es die Spannungen der einzelnen Elektrolysezellen im Blick zu halten. Jede Einzelzellspannung muss sich in einem bestimmten zulässigen Spannungsbereich bewegen. Hier kommen unsere Cell Voltage Monitoring Systeme ins Spiel. Ursprünglich entwickelt für den Einsatz an PEM-Brennstoffzellen in Fahrzeugen, dienen sie auch im Elektrolyseur dazu, die Lebensdauer des Stacks zu verlängern und den Elektrolyseprozess zu kontrollieren. Zu hohe Zellspannungen bedeuten eine zu starke Korrosion und damit Degradation der Materialien. Aktuell liegen die Spannungen um die 2 Volt, die Forschung arbeitet daran, sie weiter zu reduzieren bei gleichzeitiger Erhöhung von Druck und Stromdichte. Damit würde auch der Wirkungsgrad eines PEM-Elektrolyseurs steigen.

CVM-System punktet mit hoher Isolationsspannung,
Einbau in ATEX-zertifizierte Gehäuse adressiert Explosionsschutz

Eigentlich ist ein PEM-Elektrolyseur nichts anderes als eine PEM-Brennstoffzelle, bei der der Prozess umgekehrt wurde. Statt aus Wasserstoff Strom und Wasser, wird aus Wasser und Strom Wasserstoff. Entsprechend ist der Aufbau ganz ähnlich dem einer Brennstoffzelle. Allerdings können Elektrolyseure sehr viel größer werden. Bei einer heute typischen Zellspannung von 2 Volt ist da die Isolationsspannungsgrenze schnell erreicht. Die CVM-Systeme von SMART TESTSOLUTIONS weisen eine geprüfte Isolationsspannung von 1400 Volt auf. Elektrolyseure mit 600 Zellen sind also kein Problem. Bei größeren Anlagen kommen mehrere unserer CVM-Systeme zum Einsatz.

Weiterer großer Pluspunkt unserer CVM-Lösungen ist die kompakte Bauweise. Denn diese ermöglicht es uns, das Überwachungssystem in einem ATEX-zertifizierten Gehäuse zu verbauen und so das Thema Explosionsschutz zu adressieren. Das ist wichtig, denn schließlich können Wasserstoff und Sauerstoff ein explosionsfähiges Gemisch bilden, wenn sie sich unbeabsichtigt vermischen. ATEX ist ein Zertifikat für Geräte und Maschinen, das ihren Einsatz in einer explosionsgefährdeten Umgebung erlaubt.

Sie planen einen Elektrolyseur und suchen nach Möglichkeiten, die Einzelzellspannungen zu überwachen? Dann sprechen Sie uns an. Mein Kollege Wajih Wertateni freut sich auf Ihre Mail (wajih.wertateni@smart-ts.de).

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