Kostensenkung bei der Wasserstoffproduktion: Wie alkalische Elektrolyseure eine Lösung bieten Einführung

Im Zuge der weltweiten Energiewende hat sich grüner Wasserstoff – erzeugt mit erneuerbarem Strom – als Schlüsselfaktor für die Dekarbonisierung von Branchen wie Transport, Stahl und Chemie etabliert. Ein großes Hindernis für eine breite Akzeptanz sind jedoch die hohen Produktionskosten. Unter den verfügbaren Elektrolysetechnologien bieten alkalische Elektrolyseure (ALK) eine vielversprechende Möglichkeit zur Kostensenkung.

In diesem Blog untersuchen wir:

Warum die Kosten der Wasserstoffproduktion sinken müssen

Funktionsweise alkalischer Elektrolyseure und ihre Kostenvorteile

Jüngste Fortschritte machen ALK wettbewerbsfähiger

Die Zukunftsaussichten für bezahlbaren grünen Wasserstoff

Die Herausforderung: Hohe Kosten für Grüner Wasserstoff

Derzeit wird der Großteil des Wasserstoffs aus fossilen Brennstoffen (grauer Wasserstoff) hergestellt. Dieser ist zwar günstig, verursacht aber CO₂-Emissionen. Grüner Wasserstoff, der durch Wasserelektrolyse mit erneuerbaren Energien gewonnen wird, ist zwar sauber, aber teuer. Grund dafür sind:

Hohe Stromkosten (wenn nicht aus überschüssigen erneuerbaren Energien)

Investitionsausgaben für Elektrolyseure

Wartungs- und Effizienzverluste

Damit grüner Wasserstoff wettbewerbsfähig bleibt, müssen die Kosten für Elektrolyseure deutlich sinken – und alkalische Elektrolyseure sind hier führend.

Warum Alkalische Elektrolyseure (ALK)?

Alkalische Elektrolyseure gehören zu den ältesten und ausgereiftesten Elektrolysetechnologien. Im Vergleich zu Alternativen wie PEM (Protonenaustauschmembran) und SOEC (Festoxidelektrolysezellen) bietet ALK:

1. Niedrigere Kapitalkosten

Keine teuren Materialien: Im Gegensatz zu PEM-Elektrolyseuren, die Platin und Titan benötigen, verwendet ALK Elektroden auf Nickelbasis und flüssige alkalische Elektrolyte (KOH oder NaOH), wodurch die Materialkosten gesenkt werden.

Einfachere Konstruktion: ALK arbeitet bei niedrigeren Drücken und Temperaturen, wodurch teure Hochleistungskomponenten vermieden werden.

2. Längere Lebensdauer und Haltbarkeit

Bewährte Zuverlässigkeit: ALK-Systeme erreichen bei ordnungsgemäßer Wartung oft eine Betriebsdauer von über 60.000–100.000 Stunden.

Geringere Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen: Im Gegensatz zu PEM verträgt ALK schwankende Wasserqualitäten besser, wodurch die Vorbehandlungskosten gesenkt werden.

3. Skalierbarkeit für den industriellen Einsatz

Wasserstoffproduktion im großen Maßstab: ALK-Systeme werden bereits in Ammoniakanlagen und Raffinerien eingesetzt und profitieren von Skaleneffekten.

Kompatibilität mit intermittierender erneuerbarer Energie: Während PEM schneller auf schwankende Leistung reagiert, verbessern neuere ALK-Designs die Flexibilität.

Jüngste Innovationen senken die Kosten

Während ALK in puncto Effizienz traditionell hinter PEM zurückblieb, schließen die jüngsten Fortschritte diese Lücke:

1. Fortschrittliche Elektrodenmaterialien

Nanostrukturierte Nickelkatalysatoren verbessern die Effizienz und senken den Energieverbrauch.

Beschichtungstechnologien erhöhen die Haltbarkeit und senken die Ersatzkosten.

2. Dynamischer Betrieb für die Integration erneuerbarer Energien

Neue ALK-Designs ermöglichen eine schnelle Lastanpassung und sind daher besser für Schwankungen bei Wind- und Solarstrom geeignet.

3. Produktionsausweitung

Durch die Massenproduktion von ALK-Stacks werden die Stückkosten gesenkt.

4. Hybridsysteme (ALK + PEM)

Einige Projekte kombinieren die niedrigen Kosten von ALK mit der Reaktionsfähigkeit von PEM und optimieren so die Leistung.

Die Zukunft: Kann ALK grünen Wasserstoff erschwinglich machen?

Durch kontinuierliche Forschung und Entwicklung sowie Skalierung könnten alkalische Elektrolyseure dazu beitragen, die Kosten für grünen Wasserstoff zu senken und ihn gegenüber fossilem Wasserstoff wettbewerbsfähig zu machen. Wichtige Schritte sind:

✔ Weitere Effizienzsteigerungen (Targeting <45 kWh/kg H₂)

✔ Automatisierte Fertigung zur Senkung der Produktionskosten

✔ Integration mit günstiger erneuerbarer Energie (z. B. überschüssige Solar-/Windenergie)

Während PEM-Elektrolyseure aufgrund ihrer hohen Effizienz und Flexibilität oft im Rampenlicht stehen, bleiben alkalische Elektrolyseure ein kostengünstiges Arbeitspferd für die großtechnische Produktion von grünem Wasserstoff. Mit kontinuierlichen Innovationen könnte ALK entscheidend dazu beitragen, sauberen Wasserstoff erschwinglich zu machen und den Übergang zu einer emissionsfreien Energiezukunft zu beschleunigen.