Steigerung der Effizienz der Produktion von Grünem Wasserstoff
Emissionsreduzierung durch optimierte Leistung und Sicherheit bei der Wasserstoffproduktion
Die Elektrolyse, das wichtigste Verfahren zur Herstellung von Grünem Wasserstoff, ist noch relativ ineffizient. Die Verbesserung des Wirkungsgrads der Elektrolyse ist entscheidend für die Reduzierung der Kosten bei der Produktion von Grünem Wasserstoff. Die Feinabstimmung der Betriebsparameter von Elektrolyseuren, wie Stromdichte, Temperatur und Betriebsdruck, kann die Energieeffizienz erheblich beeinflussen. Durch die Optimierung dieser Parameter kann die Produktion von Grünem Wasserstoff maximiert und gleichzeitig der Verbrauch an erneuerbarer Energie und die Materialabtragung minimiert werden.
Schlüsselfaktoren
70%
der elektrischen Energie wird derzeit in Wasserstoff umgewandelt. (Quelle: IEA 2021 report)
Prozessdarstellungen der Wasserstoffproduktion
©Endress+Hauser
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Prozessdarstellung einer alkalischen Elektrolyse mit Angabe der relevanten Prozessmessparameter.
Prozessdarstellung eines PEM-Elektrolyseurs mit Angabe der relevanten Prozessmessparameter.
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Messung der Wasserqualität für eine effiziente Elektrolyse
Die Herstellung von Grünem Wasserstoff umfasst die Elektrolyse von Wasser. Dieser Prozess erfordert eine erhebliche Menge an Wasser. Ein nachhaltiger Umgang mit den Wasserressourcen ist ein berechtigtes Anliegen bei der Produktion von Grünem Wasserstoff. Für die Elektrolyse muss reines oder destilliertes Wasser verwendet werden, um das Vorhandensein von Verunreinigungen zu minimieren, die die chemische Reaktion stören und die Effizienz des Verfahrens zur Erzeugung von Grünem Wasserstoff verringern könnten. Hochreines Wasser wird durch Verfahren wie Umkehrosmose gewonnen.
Unsere Kompetenz im Feld
Folgende Parameter müssen grundsätzlich gemessen werden: Füllstand, Durchfluss, Druck, Leitfähigkeit und in einigen Fällen auch der pH-Wert.
- Die Leitfähigkeit ist der wichtigste Messparameter zur Sicherstellung der Wasserqualität. Unser digitaler Leitfähigkeitssensor Memosens CLSE16 verfügt über Memosens 2.0 Technologie mit Datenspeicherung und kontaktloser Übertragung.
- Zur Überwachung leitfähiger Flüssigkeiten werden Durchflussmessgeräte eingesetzt, die die Zuverlässigkeit der Wasserzufuhr des Elektrolyseurs gewährleisten. Der Promag W 10 ist das weltweit erste magnetisch-induktive Durchflussmessgerät für uneingeschränkte Einbaumessungen.
- Die Messung des Drucks bei der Aufbereitung von Wasser für die Elektrolyse ist von entscheidender Bedeutung, um Verstopfungen bei der Filtration und Osmose zu erkennen. Unser Drucktransmitter Cerabar PMP51B ist ein zuverlässiger und benutzerfreundlicher Sensor zur Reduzierung von systematischen Fehlern bei der Produktion von Grünem Wasserstoff.
- Die Messung des Füllstands und Grenzstands ist entscheidend für die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Versorgung, die Vermeidung von Trockenlauf und die Förderung der Ressourceneffizienz. Der Levelflex FMP51 ist für Wasserstoff- und Sauerstoffabscheider geeignet und weist eine hohe Beständigkeit gegen korrosive Stoffe auf.
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Alkalische Wasserelektrolyse
Die alkalische Wasserelektrolyse ist ein Verfahren, bei dem Reinstwasser mit Hilfe eines Elektrolyseurs in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Bei diesem Verfahren dient eine alkalische Lösung, in der Regel Kaliumhydroxid, als Elektrolyt, um die elektrochemischen Reaktionen zu erleichtern. Die alkalische Wasserelektrolyse ist für ihre Effizienz und Einfachheit bekannt, was sie zu einer praktikablen Technologie für die Wasserstoffproduktion in großem Maßstab macht, insbesondere wenn sie mit erneuerbarer Energie und nicht mit fossilen Brennstoffen betrieben wird.
Unsere Kompetenz im Feld
Um die Produktionseffizienz zu steigern und eine optimale Leistung zu gewährleisten, ist es unerlässlich, bestimmte Parameter wie Durchfluss, Füllstand, Temperatur und Druck zu messen. Alle diese kritischen Parameter werden von Endress+Hauser auf unkomplizierte Weise bereitgestellt.
- Um eine effiziente Sauerstoffproduktion zu gewährleisten, ist ein Vortex-Durchflussmessgerät wie das .Prowirl F 200 die perfekte Lösung.
- Wenn der Wasserstand in den Separatoren zu hoch wird, kann Wasser in die Zellen des Elektrolyseurs überlaufen. Die Vibronik-Grenzstanddetektion mit dem Liquiphant FTL51B verhindert dieses Überlaufen.
- Die Temperatur des Elektrolyseurs beeinflusst die Geschwindigkeit der Elektrolysereaktion. Unser Temperatursensor iTHERM Moduline TM131 kann zur Optimierung der Betriebsparameter des Elektrolyseurs verwendet werden.
- Die Leitfähigkeit ist der wichtigste Messparameter zur Sicherstellung der Wasserqualität. Unser digitaler Leitfähigkeitssensor Memosens CLS16E verfügt über Memosens 2.0 Technologie mit Datenspeicherung und kontaktloser Übertragung.
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PEM-Wasserelektrolyse
PEM-Elektrolyseure (Proton Exchange Membrane) sind neben der alkalischen Wasserelektrolyse eine weitere weit verbreitete Technologie. Die Technologie basiert auf einer festen Polymerelektrolytmembran, die ein kompaktes Design und eine präzise Steuerung ermöglicht, wodurch sie sich besonders gut für Anwendungen eignet, die Flexibilität und Reaktionsfähigkeit bei der Produktion von Grünem Wasserstoff erfordern. PEM-Elektrolyseure bieten Vorteile wie einen hohen Wirkungsgrad, eine schnelle Reaktion auf Lastwechsel und die Eignung für dezentrale Anwendungen.
Unsere Kompetenz im Feld
Um eine optimale Produktionseffizienz von Wasserstoff mit erneuerbaren Ressourcen anstelle von fossilen Brennstoffen zu erreichen, ist die Messung von Schlüsselparametern entscheidend. Parameter wie Durchfluss, Füllstand, Temperatur und Druck, die für die Prozessoptimierung unerlässlich sind, können mit Messgeräten von Endress+Hauser effektiv überwacht werden, um eine zuverlässige Leistung in PEM-Elektrolysesystemen zu gewährleisten.
- Coriolis-Massedurchflussmessgeräte sind hochgenau und zuverlässig bei der Messung von Massendurchflüssen. Der Promass F 300 kann zur Optimierung der Betriebsparameter des PEM-Elektrolyseurs verwendet werden.
- Die Füllstandsmessung in Abscheidern stellt die Reinheit des Wasserstoffs sicher. Der Levelflex FMP51 eignet sich für Wasserstoff- und Sauerstoffabscheider.
- Wenn der Druck der Gase ungleichmäßig wird, besteht Explosionsgefahr. Unser Drucktransmitter Cerabar PMP51B ist ein zuverlässiger und benutzerfreundlicher Sensor zur Reduzierung von systematischen Fehlern.
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Sichere Komprimierung und Speicherung von Wasserstoff
Wasserstoff ist der einzigartige Energieträger, der überschüssige Energie effektiv speichern kann, entweder durch Kompression oder durch Kavernenspeicherung. Flüssige organische Wasserstoffträger (Liquid Organic Hydrogen Carrier – LOHC) stellen eine Alternative für die Speicherung und den Transport von Wasserstoff dar. Bei diesem Verfahren wird Wasserstoff chemisch an eine flüssige organische Verbindung gebunden, wodurch eine höhere Energiedichte als bei gasförmigem Wasserstoff erreicht wird.
Unsere Kompetenz im Feld
Da das Interesse an LOHC-Systemen aufgrund ihres Potenzials für die Wasserstoffspeicherung zunimmt, ist es von entscheidender Bedeutung, die beteiligten Prozesse zu überwachen und zu optimieren. Die hochgenauen und zuverlässigen Präzisionssensoren von Endress+Hauser ermöglichen eine zuverlässige Überwachung der komplexen Dynamik von LOHC-Systemen und gewährleisten einen effizienten und kontrollierten Betrieb während des gesamten Zyklus der Speicherung und Freisetzung von Wasserstoff.
- Eine präzise Druckmessung ist unerlässlich, um einen Überdruck zu vermeiden und die Lebensdauer der Kompressoren zu verlängern. Unser Drucktransmitter Cerabar PMP71B misst die Wasserstoffkomprimierung hochgenau und zuverlässig.
- Die Temperatur beeinflusst die Effizienz der Kompression. Unser Temperatursensor iTHERM Moduline TM131 kann zur Überwachung der Effizienz des Kompressors verwendet werden.
- Endress+Hauser ist ein Komplettanbieter für mobile Messeinheiten entlang der gesamten Wasserstoff-Wertschöpfungskette. Um eine zuverlässige Abwicklung und die Einhaltung von Normen zu gewährleisten, begleiten wir Sie während des gesamten Projekts mit unserem Fachwissen vor Ort.
Vorteile
Die Prozessinstrumentierung steigert die Effizienz der Wasserelektrolyse, indem sie Echtzeitdaten über wichtige Parameter liefert. Dies ermöglicht eine präzise Regelung und Vermeidung von Problemen wie Überhitzung oder Kavitation. Die Gasdurchflussmengen werden für eine effektive Trennung von Sauerstoff und Wasserstoff optimiert. Die Leitfähigkeit und Reinheit des Elektrolyten werden überwacht und gesteuert. Die Erkennung von Druckabfällen identifiziert Verstopfungen und Leckagen. Eine fortschrittliche Prozessinstrumentierung ermöglicht vorausschauende Wartung.
Schlüsselfaktoren
10
Millionen installierte Geräte in sicherheitsrelevanten Anwendungen seit 1953
Schlüsselfaktoren
50 %
erhöhte Prozessverfügbarkeit dank digitaler Memosens Messgeräte
Wie lässt sich die Effizienz der Grünen Wasserstoffproduktion steigern?
Die Prozessinstrumentierung spielt eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Effizienz der Wasserelektrolyse, indem sie Echtzeitdaten zu wichtigen Prozessparametern liefert und eine optimale Systemsteuerung zur Produktion von Grünem Wasserstoff ermöglicht.
- Überwachung und Steuerung von Temperatur und Druck zur Vermeidung von Überhitzung oder Kavitation
- Optimierung der Gasdurchflussraten, um die Trennung von Sauerstoff und Wasserstoff sicherzustellen
- Überwachung und Steuerung der Leitfähigkeit und Reinheit des Elektrolyten
- Erkennen von Druckabfällen im System, um Verstopfungen oder Leckagen zu identifizieren
- Vorausschauende Wartung durch fortschrittliche Prozessinstrumentierung