Elektrolyseure
Wasserelektrolyseure spalten Wasser mithilfe von elektrischem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff auf. Sie sind ein wichtiger Bestandteil der Wasserstoffwirtschaft. Zellspannungsüberwachungssysteme werden zur Überwachung von Elektrolyseuren eingesetzt und tragen zum sicheren Betrieb bei.
Wofür benötigen Betreiber von Elektrolyseuren CVM-Systeme?
Die Zellspannungsüberwachung dient der Erhöhung der Effizienz und der Vermeidung von ungeplanten Ausfällen eines Elektrolyseurs. Sie ergänzt verschiedene andere Analysetechniken, die nötig sind, um Elektrolyseure stabil, verlässlich und vorhersehbar betreiben zu können: von der Güte der eingesetzten Chemikalien und Rohstoffe bis hin zur kontinuierlichen Überwachung des Energiebedarfes.
Durch die Messung der Spannungswerte in den einzelnen Elektrolysezellen mit Hilfe von Cell Voltage Monitoring lassen sich frühzeitig Veränderungen in der Performance des Elektrolyseurs feststellen. Zustand und Leistungsfähigkeit der einzelnen Zellen werden laufend überwacht, wodurch die Betriebssicherheit erhöht und eine vorausschauende Wartung ermöglicht wird.
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Überwachung der Spannung
Das CVM-System überwacht die Spannungen der Zellen des Elektrolyse-Stacks. Möglich sind Einzel- oder Mehrfachzellenabtastung.
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Steigerung der Prozesssicherheit
Ungewöhnliche Veränderungen der Zellspannungen im Elektrolyseur werden sofort registriert.
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Frühzeitige Fehlererkennung
Fehler wie beschädigte Zellmembranen oder die ungeplante vorzeitige Alterung von Zellen werden frühzeitig entdeckt.
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Vorausschauende Wartung
Die frühzeitige Problemerkennung ermöglicht eine vorausschauende Wartung und reduziert Ausfallzeiten.
Zellspannungsüberwachung für Wasser-Elektrolyseure
In Elektrolyseuren tragen unsere CVM-Systeme durch die Spannungsüberwachung in den Zellen zur Systemsicherheit bei. Die genaue Ausführung der Systeme erfolgt jeweils in enger Absprache mit unseren Kunden. Beispielsweise erfolgt auf Wunsch eine Ex-geschützte Ausführung mit Unterbringung der Messtechnik in einem ATEX-zertifizierten Gehäuse wie hier bei unserem Produkt CVM Ex.
Funktionsweise der Elektrolyse
Die Elektrolyse stellt die Umkehrreaktion einer Brennstoffzelle dar. Wie eine Brennstoffzelle besteht ein Elektrolyseur aus mehreren aneinander gereihten Zellen, die jeweils mit zwei Elektroden, einer Anode und einer Kathode, ausgestattet sind. Der Elektrolyt ist eine Lösung, die den Stromfluss zwischen den Elektroden ermöglicht. In einem Elektrolyseur für die Wasserelektrolyse besteht der Elektrolyt normalerweise aus Wasser und einer kleinen Menge Säure oder Base, um die Leitfähigkeit zu erhöhen.
Weiterer wesentlicher Bestandteil eines Elektrolyseurs ist eine Stromquelle. Für die Produktion von grünem Wasserstoff, der eine nachhaltige Reduzierung von klimaschädlichen Emissionen ermöglicht, kommt Strom aus regenerativen Energiequellen wie Wind oder Sonne zum Einsatz.
Fließt der elektrische Strom durch die Elektrolysezelle, findet an der Anode eine Oxidation statt, bei der Sauerstoff (O2) freigesetzt wird. An der Kathode entsteht durch Reduktion Wasserstoff (H2). Ein Separator trennt die beiden Elektroden voneinander, um zu verhindern, dass sich die produzierten Gase vermischen.
Welche Elektrolyseur-Arten gibt es?
Das Verfahren der Elektrolyse ist nicht neu. Elektrolyseure gibt es in verschiedenen Ausführungen für verschiedene Zwecke. Viele Produkte unseres Alltags sind ohne sie gar nicht denktbar.
Alkalische Elektrolyseure
Die alkalische Elektrolyse ist schon seit vielen Jahrzehnten erprobt. Diese Elektrolyseure verwenden eine alkalische Lösung (normalerweise Kaliumhydroxid) als Elektrolyt. Sie arbeiten bei höheren Temperaturen und Drücken und haben eine hohe Effizienz. Alkalische Elektrolyseure zeichnen sich durch eine hohe Langzeitstabilität aus und werden oft für industrielle Anwendungen eingesetzt.
Protonenaustauschmembran-Elektrolyseure (PEM)
PEM-Elektrolyseure verwenden eine Polymermembran als Elektrolyt. Anode und Kathode werden durch diese gasdichte Membran getrennt, nur positive Wasserstoffionen können die Membran passieren. PEM-Elektrolyseure haben eine schnellere Reaktionsgeschwindigkeit, weshalb sie sehr gut für Power-to-X-Anwendungen geeignet sind. Auch während des Lastbetriebs lassen sie sich zwischen 10 und 100 Prozent Nennleistung regeln.
Feststoffoxid-Elektrolyse (SOE)
Festoxid-Elektrolyseure arbeiten bei sehr hohen Temperaturen (600-1000°C) und verwenden feste Oxide wie keramische Werkstoffe als Elektrolyt. Sie erzielen sehr hohe Wirkungsgrade von bis zu 80 Prozent. Allerdings befindet sich die Hochtemperatur-Elektrolyse derzeit noch in der Entwicklung hin zum industriellen Einsatz. Herausforderungen sind vor allem die geforderte Langzeitstabilität sowie die thermische Zyklenfestigkeit.
Hochtemperatur-Elektrolyseure
Diese Elektrolyseure arbeiten bei sehr hohen Temperaturen (über 800°C) und verwenden feste Oxide als Elektrolyt, wie z.B. Zirkoniumdioxid. Sie haben den Vorteil, dass sie Wärme als Nebenprodukt erzeugen können, was für die Prozessintegration in industriellen Anlagen nützlich sein kann. Hochtemperatur-Elektrolyseure spalten kein flüssiges Wasser, sondern Wasserdampf in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff auf.
Partner für Ihr Cell Voltage Monitoring (CVM)
Schon früh haben wir bei SMART TESTSOLUTIONS die Bedeutung hochleistungsfähiger Energiespeicher und Erzeuger erkannt. Vor über 20 Jahren haben wir unser erstes System für die Überwachung von Zellspannungen an Brennstoffzellen und Elektrolyseuren auf den Markt gebracht. Inzwischen sind unsere CVM-Systeme in vielen Ländern rund um die Welt bei namhaften Kunden im Einsatz. Profitieren auch Sie von unserem Wissensvorsprung bei der zuverlässigen Überwachung von Elektrolyseuren. Nehmen Sie Kontakt auf, wir beraten Sie gerne.
Ein Anwendungsfall aus der Praxis
Hystar überwacht PEM-Elektrolyseur mit CVM-System von Smart Testsolutions
Für das norwegische Unternehmen Hystar realisiert SMART TESTSOLUTIONS ein CVM-System für die Überwachung eines containerisierten PEM-Elektrolyseurs. Das System umfasst dabei neben der eigentlichen Messtechnik zur Erfassung der Einzelzellspannungen im Elektrolyseur auch eine Lösung für die Zellkontaktierung sowie die Verdrahtung und das Housing.
Ihr Ansprechpartner
Sie haben Fragen zu Cell Voltage Monitoring für Elektrolyseure oder planen den Einsatz? Dann sprechen Sie mich an. Eine E-Mail genügt.
Wajih Wertateni