Die Vorteile von PEM-Wasserstoffproduktionssystemen für industrielle Anwendungen verstehen

Einführung

Während die Industrie weltweit bestrebt ist, den Kohlendioxidausstoß zu reduzieren und auf sauberere EnergiequellenWasserstoff hat sich als Schlüsselfaktor für die Dekarbonisierung der Schwerindustrie, des Transportwesens und der Energiespeicherung herausgestellt. Unter den verschiedenen Technologien zur Wasserstofferzeugung zeichnet sich die Protonenaustauschmembran-Elektrolyse (PEM) durch ihre Effizienz, Flexibilität und Kompatibilität mit erneuerbaren Energien aus.

Dieser Blog untersucht die Vorteile von PEM-Wasserstoffproduktionssysteme und warum sie für industrielle Anwendungen zunehmend die bevorzugte Wahl werden.

Was ist PEM-Elektrolyse?

Bei der PEM-Elektrolyse wird Wasser mithilfe einer festen Polymerelektrolytmembran elektrisch in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Im Gegensatz zu herkömmlichen alkalischen Elektrolyseuren arbeiten PEM-Systeme mit reinem Wasser (ohne flüssigen alkalischen Elektrolyten). Dadurch sind sie kompakter, effizienter und lassen sich an variable Energieeinspeisungen – beispielsweise aus Wind- und Solarenergie – anpassen.

Hauptvorteile der PEM-Wasserstoffproduktion für die Industrie

1. Hohe Effizienz und Energieeinsparungen

PEM-Elektrolyseure erreichen einen Wirkungsgrad von 60–75 %, der deutlich höher ist als bei alkalischen Systemen (50–60 %).

Geringerer Energieverbrauch pro kg produziertem Wasserstoff, wodurch die Betriebskosten gesenkt werden.

2. Schnelle Reaktion und dynamischer Betrieb

Kann in Sekundenschnelle von 0 % auf 100 % Kapazität hochgefahren werden, wodurch sie sich ideal für die Kombination mit intermittierenden erneuerbaren Energiequellen eignen.

Im Gegensatz zu alkalischen Elektrolyseuren (die eine konstante Stromversorgung benötigen) können sich PEM-Systeme schnell an schwankende Stromversorgung anpassen.

3. Hochreiner Wasserstoffausgang

Produziert >99,99 % reinen Wasserstoff, ohne dass eine zusätzliche Gasreinigung erforderlich ist.

Keine Gefahr einer Alkaliverunreinigung, daher geeignet für Brennstoffzellen, die Elektronikfertigung und chemische Prozesse.

4. Kompaktes und modulares Design

Geringerer Platzbedarf im Vergleich zu alkalischen Systemen, was eine einfachere Integration in Industrieanlagen ermöglicht.

Skalierbar – kann in kleinen Einheiten vor Ort oder großen zentralen Wasserstoffproduktionsanlagen eingesetzt werden.

5. Hochdruck-Wasserstoffproduktion

Einige PEM-Systeme können Wasserstoff direkt bei 3,5 MPa (500 psi) oder mehr erzeugen, wodurch der Bedarf an externen Kompressoren reduziert wird.

Spart Kosten bei Anwendungen, die unter Druck stehenden Wasserstoff erfordern, wie z. B. Tankstellen und die industrielle Gasversorgung.

6. Verbesserte Sicherheit und Zuverlässigkeit

Durch den Festelektrolyt wird das Risiko von Leckagen oder Korrosion, das mit flüssigen alkalischen Systemen einhergeht, eliminiert.

Weniger bewegliche Teile führen zu einem geringeren Wartungsbedarf.

7. Integration erneuerbarer Energien

Am besten geeignet für die Produktion von grünem Wasserstoff in Kombination mit Solar-/Windenergie.

Ermöglicht es Branchen, Nachhaltigkeitsziele zu erreichen und gleichzeitig die betriebliche Flexibilität aufrechtzuerhalten.

Industrielle Anwendungen von PEM-Wasserstoff

✔ Stahl- und Metallverarbeitung

Ersetzt fossilbrennstoffbasierten Wasserstoff in Eisen-Direktreduktionsprozessen (DRI).

✔ Chemie- und Raffinerieindustrie

Liefert sauberen Wasserstoff für die Ammoniakproduktion, das Hydrocracken und die Entschwefelung.

✔ Transport & Tanken

Versorgt Wasserstofftankstellen (HRS) für Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEVs) mit Strom.

✔ Energiespeicherung und Netzausgleich

Speichert überschüssige erneuerbare Energie als Wasserstoff, der über Brennstoffzellen wieder in Strom umgewandelt werden kann.

✔ Elektronik- und Halbleiterfertigung

Liefert ultrahochreinen Wasserstoff, der für die Waferherstellung und LED-Produktion benötigt wird.

Herausforderungen und Zukunftsaussichten

Obwohl die PEM-Elektrolyse zahlreiche Vorteile bietet, bleiben Herausforderungen bestehen:

Höhere Vorlaufkosten im Vergleich zu alkalischen Systemen (obwohl die Preise sinken).

Abhängigkeit von seltenen Materialien (z. B. Platinkatalysatoren), obwohl die Forschung diesen Bedarf reduziert.

Aufgrund der Fortschritte in der Membrantechnologie, der Steigerung des Produktionsumfangs und staatlicher Anreize dürften sich PEM-Elektrolyseure bis 2030 jedoch zum dominierenden Verfahren zur Wasserstoffproduktion im Bereich der Wasserstoffnachfrage im oberen Preissegment entwickeln.

Abschluss

PEM-Wasserstoffproduktionssysteme bieten der Industrie eine saubere, effiziente und flexible Lösung zur Dekarbonisierung ihrer Betriebsabläufe. Ihre Fähigkeit, sich nahtlos in erneuerbare Energien zu integrieren, hochreinen Wasserstoff zu produzieren und dynamisch zu arbeiten, macht sie zu einer zukunftssicheren Investition für nachhaltig engagierte Unternehmen.

Angesichts der steigenden Nachfrage nach grünem Wasserstoff wird die PEM-Elektrolyse eine entscheidende Rolle bei der Unterstützung der Industrie bei der Abkehr von fossilen Brennstoffen spielen und eine neue Ära kohlenstoffarmer Produktions- und Energiesysteme einläuten.

Erwägt Ihre Branche Wasserstofflösungen? Die PEM-Technologie könnte der Schlüssel zu einer saubereren und effizienteren Zukunft sein.