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Elektrolyse

Neuentwicklungen in der Elektrolyse bringt Power-to-X voran

| Autor / Redakteur: Dr. Kathrin Rübberdt* / Manja Wühr

Co-Elektrolyse rückt in den Fokus

Über die Hochtemperatur-­Co-Elektrolyse steht alternativ aber auch eine Technologie zur Verfügung, über die unterschiedliche Synthesegas-Zusammensetzungen zugänglich sind, die entsprechend breite Produktspektren zugänglich machen. Dazu zählen beispielsweise die Herstellung flüssiger bzw. gasförmiger Kraftstoffe und die Produktion von Grundchemikalien. Basis dieser Technologie sind Feststoff-Elektrolysezellen (SOEC), die in ihrem Aufbau einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle ähneln. Sie sind der Kern der Module, die Haldor Topsoe als dezentrale Containeranlagen für die lokale CO-Erzeugung vertreibt. Auch hier wird durch die Erzeugung vor Ort der Aufbau einer großen Infrastruktur wie CO-Pipelines vermieden.

Auch wenn die Erzeugung werthaltiger Chemikalien bei der Elektrolyse im Mittelpunkt steht, bringen viele Verfahren noch einen zweiten Aspekt mit, der sie für die Kopplung an erneuerbare Energieträger besonders interessant macht: Es lässt sich innerhalb eines gewissen Rahmens hoch- und runterregeln und könnte damit je nach Stromangebot mehr oder weniger Energie pro Zeiteinheit nutzen.

So verteilen sich über 600 neuen Anlagenbauprojekte im Jahr 2018 weltweit

Das gilt allerdings nur in sehr geringem Umfang für einen Klassiker unter den Elektrolyseverfahren, die Chlor-Alkali-Elektrolyse. Denn das gebildete Chlor ist der Ausgangspunkt für viele weitere Chemikalien – Experten schätzen, dass mehr als 50 % aller Chemieprodukte Chlor benötigen. Doch die Produktionsmengen können nicht ohne Weiteres heruntergefahren werden. Auch die Möglichkeiten zur Zwischenspeicherung des gebildeten Chlors sind begrenzt. Aber selbst in diesem vermeintlich lang ausgereiften Prozess verbergen sich noch Innovationspotenziale: So konnte Covestro durch den Einsatz von Sauerstoffverzehrkathoden den Energieverbrauch für die Chlorherstellung um bis zu 30 % senken.

Das OCD (oxygen depolarized cathode)-Verfahren folgt dem Prinzip des Membranverfahrens, basiert aber auf sehr komplexen Strukturen aus Katalysatoren, Trägermaterialien, Membranen und Additiven, durch die hydrophile und hydrophobe Bereiche in der Zelle geschaffen werden. Gemeinsam mit Thyssenkrupp Uhde hat Covestro das Verfahren 2015 zur Serienreife gebracht.

Fazit: Mit den genannten Beispielen sind die Einsatzgebiete der Elektrolyse noch lange nicht erschöpft. Anodische Substitution als hochselektives Verfahren in der Feinchemikalienproduktion, elek­trolytische Verfahren in der Wasser­entsalzung und Abwasserbehandlung – der Fantasie sind kaum Grenzen gesetzt. Selbst als Ersatz für Kokereiprozesse in der Eisen- und Stahlproduktion ist die Elektrolyse im Gespräch. Arcelor Mittal betreibt in Maizières/Frankreich eine Pilotanlage, in der Eisen durch Elektrolyse reduziert wird.

* Die Autorin ist Leiterin Kommunikation bei der Dechema, Frankfurt a.M.

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