Wie funktioniert die PEM-Elektrolyse?
Bei diesem Elektrolyseverfahren wird eine Protonen-Austausch-Membran (PEM) von hochreinem Wasser (H₂O) umspült. Die Membran liegt als ionenleitendes Medium zwischen Anode und Kathode. Wird an die beiden Elektroden eine elektrische Spannung angelegt, oxidiert das Wasser an der Anodenseite zu Sauerstoff (O₂), freien Elektronen und Wasserstoff-Ionen. Die Ionen diffundieren durch die Membran und kombinieren sich an der Kathode mit den Elektronen zu Wasserstoff-Atomen (H₂). Reaktionsprodukte der PEM-Elektrolyse sind also Wasserstoff und Sauerstoff (H₂ und O₂).
Die PEM-Wasserelektrolyse verwendet ein Festpolymer-Elektrolyt – die Polymerelektrolytmembran oder auch Protonen-Austausch-Membran – als ionenleitendes Medium zwischen Anode und Kathode. Dies unterscheidet sie von anderen Wasserelektrolyseverfahren wie der alkalischen Elektrolyse (AEL) und der Hochtemperatur-Elektrolyse (HTE) mit Festoxid-Elektrolysezellen (englisch: Solid Oxide Electrolyzer Cell, SOEC).
Funktionsprinzip der PEM-Elektrolyse
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Im Vergleich zu anderen Elektrolyseverfahren zeichnet sich die PEM-Elektrolyse durch größere Energiedichte und Energieeffizienz sowie ihren hohen Wasserstoffausgangsdruck aus. Weitere Systemvorteile sind maximale Flexibilität, minimaler Platzbedarf und einfache Skalierbarkeit für den Einsatz von PEM-Elektrolyseuren. Ihre große Zuverlässigkeit und Sicherheit machen PEM-Elektrolyseure zur idealen Komplementärtechnologie für erneuerbare Energiequellen wie Wind- und Solarstrom, um grünen Wasserstoff herzustellen.
Bosch PEM-Stacks: die Herzstücke der PEM-Elektrolyse
Der PEM-Elektrolyse-Stack – Umwandlung von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff
Der Bosch PEM-Elektrolyse-Stack ist ein platzsparendes Kraftpaket im Zentrum der Elektrolyseanlage. Er besteht aus mehr als 100 Zellen, die jeweils über eine Anode, eine Kathode und eine Protonen-Austausch-Membran verfügen. Jeder Stack wiegt etwa 2 850 kg und misst 85 × 100 × 153 cm. Der Stack produziert bis zu 23 Kilogramm Wasserstoff pro Stunde, was einer Leistungsaufnahme von 1,25 Megawatt entspricht – bestens geeignet für den industriellen Maßstab. Der Ausgangsdruck der Wasserstoffherstellung erreicht Werte von mehr als 30 bar. Dieser hohe Druck erspart in vielen Anwendungen teure Nebenaggregate.
Der Bosch PEM-Elektrolyse-Stack liefert 23 kg Wasserstoff pro Stunde bei mehr als 30 bar Ausgangsdruck.
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Der Bosch-Elektrolyse-Stack befindet sich in der Pilotierungsphase. Alle hier genannten fachlichen Angaben sind technologische Entwicklungsziele.
