Technische Anforderungen im Blick

Der Einsatz von Wasserstoff als Energieträger bringt spezifische Materialanforderungen mit sich, die eine zentrale Rolle für die Sicherheit, Effizienz und Langlebigkeit der Systeme spielen. Da Wasserstoff bei hohem Druck und in manchen Fällen auch bei hohen Temperaturen gehandhabt wird, sind Materialien erforderlich, die diesen Bedingungen standhalten können.

Wasserstoff kann in bestimmte Materialien eindringen und deren Struktur verändern, was zu Rissen und Brüchen führen kann. Deshalb sind spezielle Legierungen oder Beschichtungen notwendig, um die Wasserstoffaufnahme zu reduzieren und die langfristige Materialbeständigkeit zu bewahren.

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, spielt die Wahl passender Legierungen, Beschichtungen und Materialkombinationen eine wichtige Rolle. Innovative Herstellungsverfahren und langjährige Erfahrung mit Wasserstoff sind von großem Vorteil, um sicherzustellen, dass die Wasserstofftechnologien sicher, zuverlässig und effizient sind.

Auch in der Peripherie von Wasserstofftechnologien sind neue Anforderungen entstanden. So ist beispielsweise für den Betrieb eines Elektrolyseurs Reinstwasser von sehr hoher Güte erforderlich. Reinstwasser wird von einem Elektrolyseur unter Einsatz elektrischer Energie zu Wasserstoff und Sauerstoff gespalten.

Reinstwasser-Überwachung im Elektrolyseur

Es gibt unterschiedliche Bauformen von Elektrolyseuren. Gemeinsam ist ihnen, dass sie als Eingangsgröße mit Reinstwasser arbeiten. Im Elektrolyseur gibt es zwei Elektroden, eine positive (Anode) und eine negative (Kathode), die in das Wasser getaucht sind.

Wenn elektrischer Strom durch das Wasser geleitet wird, spaltet sich das Reinstwasser H₂O an den Elektroden in seine gasförmigen Bestandteile H₂ und O₂ auf. Die erzeugten Gase, Sauerstoff und Wasserstoff, werden separat gesammelt. Sie können dann für verschiedene Anwendungen verwendet oder für die Speicherung weiterverarbeitet werden.

Bei PEM-Elektrolyseuren beispielsweise trennt eine Membran die Anode und die Kathode, um den Sauerstoff und Wasserstoff zu trennen, während bei alkalischen Elektrolyseuren eine Lösung als Elektrolyt dient und gleichzeitig die Ionen zwischen den Elektroden transportiert.

Eine wichtige Messgröße für den Elektrolyseur ist die konstante Überwachung und Steuerung der Reinstwasserqualität am Eingang. Dies geschieht mittels konduktiven Leitfähigkeitsmesssonden, welche die Leitfähigkeit in µS/cm ausgeben. Die stetige Überwachung schützt nicht nur vor Beschädigung, sondern garantiert auch eine möglichst lange Haltbarkeit der Komponenten und trägt so zur Verlängerung der notwendigen Wartungsintervalle bei.

Auch Jumo [1] verspürt eine deutliche Belebung des Geschäfts und sieht große Wachstumschancen im Bereich Wasserstoff. Das Unternehmen passt seine Produkte für den Einsatz im Wasserstoff an und zertifiziert diese, wo notwendig. Die vorhandenen Fertigungsanlagen sind lediglich geringfügig modifiziert worden, und die notwendigen Stückzahlsteigerungen können oft aus der Produktionsreserve erreicht werden.

Der Umgang mit Wasserstoff erfordert umfangreiche Sicherheitsvorkehrungen und messtechnische Expertise, sei es bei der Herstellung von Reinstwasser für die Speisung des Elektrolyseurs oder bei der Überwachung der elektrolytischen Leitfähigkeit (Bild 2). Digitale Druck- und Temperatursensoren von Jumo gewährleisten die Überwachung der thermodynamischen Prozesse und bieten eine sichere und zuverlässige Technik, die darüber hinaus explosionsgeschützt ist (Bild 3). Der Hersteller beliefert zahlreiche Dax-notierte Flaggschiffe der deutschen Industrie, die Applikationen von Jumo wiederum in ihren Anlagen verbauen.

Im Jumo-Portfolio für Wasserstoff-Anwendungen findet sich mit dem „tecLine CR/digiLine CR“-System eine zuverlässige Lösung für diese Messaufgabe. Als Entwicklungspartner für Sensor- und Automatisierungslösungen bietet Jumo weiterführend oftmals individuelle Systemlösungen für kundenspezifische Elektrolyseurkonzepte an.

Zukunft mit Wasserstoff

Wasserstoff dient seit Jahrzehnten bereits als wichtiger Rohstoff in verschiedenen Industriezweigen. In der chemischen Industrie wird Wasserstoff zur Herstellung von Ammoniak, Methanol und anderen Produkten verwendet. Auch in der Ölraffinerie wird Wasserstoff für die Entschwefelung von Treibstoffen eingesetzt. Die klimaneutrale Herstellung von Wasserstoff ermöglicht die Dekarbonisierung der bereits existierenden Industriezweige und eröffnet darüber hinaus vielen weiteren Industriezweigen mit neuen Anwendungen große Chancen, das Ziel der Klimaneutralität zu erreichen.

So hat die energieintensive Schwerindustrie damit begonnen, die Weichen auf Wasserstoff als Brennstoff für die Stahlproduktion zu stellen, um damit CO₂-Emissionen zu reduzieren. Im Transportsektor wird Wasserstoff als Treibstoff der Zukunft für Brennstoffzellen betrachtet. Insbesondere im Schwerlastverkehr, bei Bussen und Bahnen, in der Schiff- und der Luftfahrt wird Wasserstoff oder eines seiner Derivate als Energiequelle vorangetrieben. Im Energieversorgungsnetz kann Wasserstoff als Langfristspeicher dienen und zum Beispiel Schwankungen in der Stromerzeugung ausgleichen oder über das Gasnetz verteilt und in Wärme umgewandelt werden.

Die möglichen Anwendungsgebiete sind zahlreich und werden mit zunehmender Verfügbarkeit von wettbewerbsfähigem grünem Wasserstoff an Attraktivität gewinnen. Ein weiteres Potenzial entfaltet sich bei der flächendeckenden Anwendung von Wasserstoff im Zuge der Sektorenkopplung. Wasserstoff ist das Verbindungsglied mittels sogenannter „Power-to-X“-Technologien. Die Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten von Wasserstoff werden den Weg bereiten, die Sektoren Stromerzeugung, Wärmeversorgung sowie Verkehr und Industrie effizient miteinander zu verbinden und den Gesamtwirkungsgrad dieses Systems durch Synergieeffekte zu steigern.            (mh)

Literatur

[1] Jumo GmbH & Co. KG, Fulda: www.jumo.net