Chloralkali-Elektrolyse Standzeiten hoch, Energieverbrauch 'runter, das bringt die Elektrolyse der 6. Generation

Strom wird immer teurer – ein guter Grund für ThyssenKrupp Uhde, sich die energieintensive Chloralkali-Elektrolyse vorzunehmen und der Membranelektrolyse das neue Strom sparende Zero-Gap-Design zu geben.

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Eine Zeitlang schien es, als ob die Membrantechnik in der Evolution der Chloralkali-Elektrolyse der vorläufige Höhepunkt wäre, doch im letzten Jahr haben die ThyssenKrupp Uhde-Ingenieure gezeigt, dass selbst bei einer ausgereiften Technik noch eine Entwicklung möglich ist.

Pünktlich zur Achema im letzten Jahr präsentierte der Bereich Elektrolysen die Elektrolysezelle der 6. Generation. „Zusammen mit unseren Partnern Uhdenora und IDN ist es uns gelungen, unsere Technologiekompetenz weiter auszubauen, indem wir innovative und traditionelle Elemente unserer Elektrolyse-Technologie miteinander kombiniert haben“, sagt Dr. Sami Pelkonen, Leiter des Bereiches Elektrolysen von ThyssenKrupp Uhde. Damit gelingt es den Ingenieuren den Stromverbrauch der Chloralkali-Elektrolyse gegenüber den Vorgängergenerationen noch einmal zu senken und gleichzeitig die Standzeiten der empfindlichen Membranen zu erhöhen.

Die Hauptinnovation ist auf den ersten Blick unsichtbar, denn das bewährte Einzelelementprinzip bleibt bestehen und damit die Möglichkeit, die Zellen modular entsprechend der Kundenanforderungen aufzubauen. Der Clou verbirgt sich im Innern der Elektrolysezelle: Ein elastisches Element sorgt nun dafür, dass die neue flexible Nickelkathode über die gesamte aktive Fläche lückenlos an der anodischen Elektrode anliegt. Dadurch sind Anode und Kathode lediglich durch die ionen-selektive Membran getrennt und können im Nullabstand betrieben werden

Das ist bei den Modellen der 4. und 5. Generation noch anders. Hier liegen Kathoden- und Anodenkammer nicht lückenlos der Membran auf, deshalb muss der Strom einen höheren Wiederstand überwinden. Das entscheidende Detail der Zellen der 6. Generation ist deshalb das Zero-Gap-Design, vermittelt durch ein feinmaschiges Netz aus feingewebten Nickelfäden, die aufgrund ihrer besonderen Struktur wie eine Feder wirken. Der Zusammenbau eines Einzelelements funktioniert so ähnlich wie das Belegen eines Sandwiches: Das elastische Nickelelement wird auf das als Kathode fungierende Nickelnetz flach aufgelegt und direkt darauf wird die Membran platziert. Zum Schluss werden alle Elemente fest verspannt, wobei ein neues Rollensystem den Pressdruck schonend auf die Membran überträgt.

Die Vorteile dieser Konstruktion liegen für Pelkonen auf der Hand: „Die aktive Membranfläche wird größer, auf der ganzen Fläche wird der gleiche Druck auf die Membran übertragen, die Standzeiten steigen.“ Der Stromverbrauch sinkt, der Strom verteilt sich gleichmäßiger über die Membran, und der Fluss der entstehenden Chlorgasblasen innerhalb der Einzelzelle gerät nicht ins Stocken. Im Industriepark Höchst wird gerade eine Chloralkali-Anlage der 6. Generation errichtet. Akzo Nobel will damit den Energieverbrauch pro Tonne Produkt um fast 30 % senken.

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