gesponsertWasserstoff-Elektrolyseure Wie Sie die Wasserstoffproduktion mit Elektrolyseuren maximieren

Laut der Prognose zahlreicher Analytiker wird der Wasserstoff-Markt auch in Zukunft exponentiell wachsen. Überall auf der Welt kommt man zu dem gleichen Schluss: Die Anwendung von durch Elektrolyse erzeugtem Wasserstoff funktioniert erstaunlich gut. Erfahren Sie in diesem Artikel, wie Sie die maximale Leistungsfähigkeit Ihrer Wasserstoffproduktionsanlage zuverlässig sicherstellen.

Während Gesellschaften weltweit daran arbeiten, eine Zukunft mit weniger Kohlenstoff zu schaffen, geht auch der Wettlauf um praktikable Alternativen zu fossilen Brennstoffen weiter. Wasserstoff hat das Potenzial, den gesamten Energiesektor zu revolutionieren. Ob sich das Gas langfristig bezahlt machen wird, hängt maßgeblich mit der Frage zusammen, wie einfach sich die Herstellung gestalten lässt und wie die weltweiten Kapazitäten aussehen werden.

Eine zuverlässige Wasserstoffproduktion beginnt mit optimierten Elektrolyseuren, dem technologischen Herzstück des Produktionsprozesses. Für die Umwandlung von Wasser und Strom in Wasserstoff und Sauerstoff können Produktionsanlagen in der Regel auf eine von zwei Hauptkonfigurationen zurückgreifen (siehe Kastentext). Um eine effiziente und effektive Umwandlung sicherzustellen, muss der Elektrolyseur über eine zuverlässige Wasserzufuhr und Ableitung der entstehenden Gase verfügen.

Um die maximale Leistungsfähigkeit der Anlage zu gewährleisten, müssen die Ingenieure besonderes Augenmerk auf eine gut durchdachte Konstruktion der Fluidsysteme legen, damit die maximale Leistungsfähigkeit der Anlage gewährleistet werden kann. De facto kann die Sicherheit, Produktivität und Rentabilität einer Wasserstoffproduktionsanlage maßgeblich von der Effizienz des zugrundeliegenden Fluidsystems abhängen.

Wasserstoff-Leckagen bei der Installation vermeiden

Der beste Weg, um die ordnungsgemäße Leistung von Fluidsystemen zu gewährleisten, umfasst die sorgfältige Auslegung, Installation und de Test der Systeme in der Bauphase der Anlage. In den letzten Schritten der Konstruktionsphase einer Wasserstoffproduktionsanlage werden die wichtigen Fluidsysteme häufig einer Werksabnahmeprüfung durch die Ingenieure selbst unterzogen.

Dabei werden nicht nur die wichtigsten Komponenten vor Ort beim Lieferanten getestet und auf ihre Qualifikation geprüft. Oft wird außerdem das gesamte System auf Dichtheit getestet, indem ungefährliche Testmedien wie Helium oder ein Formiergas N2/H2 bei einer Druckwechselspülung zusätzlich eine inerte Atmosphäre geschaffen wird.

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Die Leistungsfähigkeit und Verfügbarkeit von Elektrolyseuren hängt nicht zuletzt davon ab, dass die verbundenen Fluidsysteme dicht sind, damit ausreichend Wasser im System vorhanden ist. Leckagen am Ende des Prozesses – wenn Wasserstoff und Sauerstoff abgeschieden werden – können zu Produktverlust führen und möglicherweise ein unerwartetes Sicherheitsrisiko für Mitarbeiter darstellen, da auch andere gefährliche Medien im System vorhanden sein können (z. B. flüssige Laugen). Für die Zuverlässigkeit des Prozesses und die Sicherheit des Bedienpersonals ist es daher entscheidend, dass alle Leitungen zuverlässig abdichten.

Das ist bei Leckage bei der Werksabnahmeprüfung zu tun:

• Die Bediener müssen die jeweiligen Leckagestellen identifizieren.

• Der Testvorgang muss abgebrochen werden.

• Das System muss gespült und von allen Testgasen befreit werden.

• Die Leckagestellen müssen manuell aus dem System beseitigt werden.

• Der Testlauf muss neu gestartet werden.

Die unsachgemäße Installation ist die häufigste Ursache für Leckagen in Fluidsystemen. Da jedes einzelne Leck beseitigt werden muss, kommt es durch die erforderlichen Reparaturarbeiten zu unnötigen Ausfallzeiten und infolgedessen zu einem Produktionsverlust und einer geringeren Rentabilität. Für einen zuverlässigen Betrieb fabrikneuer Wasserstoffproduktionsanlagen müssen etwaigen Leckagestellen daher noch vor der Inbetriebnahme beseitigt werden.

Um zu vermeiden, dass es während der Erstinstallation zu Leckagen kommt, ist eine spezielle Schulung für die Installation von Fluidsystemen möglicherweise vorteilhaft. Damit können die Kosten bei der Inbetriebnahme einer Anlage gesenkt werden.

Der Lieferant sollte außerdem zur Anwendung bewährter Best Practices bei der Installation beraten können, damit Probleme bei der Inbetriebnahme und kostspielige Nachjustierungen an kritischen Fluidsystemen vermieden werden. Mithilfe erfahrener und kompetenter Fachkräfte kommt es seltener zu Fehlern, die an den Anschlussstellen innerhalb eines Systems zu Leckagen führen können.

Wie Sie eine saubere Wasserstoffproduktion sicherstellen

Die von ordnungsgemäß funktionierenden Elektrolyseuren abgeleiteten Gase für die Wasserstoffproduktion sollten einen sehr hohen Reinheitsgrad erreichen. Dass dieser Reinheitsgrad erzielt werden kann, hängt zu gleichen Teilen von den ableitenden Fluidsystemen und der Betriebsweise der Elektrolyse selbst ab.

Entscheidend für die Aufrechterhaltung dieses Reinheitsgrads in den dem Elektrolyseur nachgeschalteten Fluidsystemen ist die Auswahl von Bauteilen höchster Qualität: Die während des Elektrolyseprozesses herrschende hohe Temperatur und Luftfeuchtigkeit begünstigen in Edelstahlen geringerer Güte die Entstehung von Korrosion, die den abgeleiteten Wasserstoff auf seinem Weg vom Elektrolyseur zum Lagertank verunreinigen kann. Darüber hinaus ist Korrosion auch stets ein Sicherheitsproblem, da stark korrodierte Komponenten ein höheres Ausfallrisiko aufweisen.

Doch auch hierfür gibt es wirksame Strategien, mit dem der erforderliche Reinheitsgrad aufrechterhalten werden kann. Zum Beispiel durch eine sorgfältige Überwachung (auch online) des produzierten Wasserstoffs mithilfe qualitativ hochwertiger und entsprechend ausgelegter Systeme zur Gasprobenahme.

Darüber hinaus ist die richtige Werkstoffauswahl für die Auffangbehälter ein entscheidender Faktor. Qualitativ hochwertige Edelstahle, mit höheren Chrom- und Nickelgehalten als in den anwendbaren ASTM-Normen gefordert, sind resistenter gegenüber Korrosion und Wasserstoffversprödung. Um diesem Problem entgegenzuwirken, sollten im System also Bauteile entsprechender Qualität eingesetzt werden.

Wie Sie Ihre Produktivität maximieren

Da die Produktionsverfahren von Wasserstoff zur Nutzung als Kraftstoff ständig weiterentwickelt werden, gibt es noch kein Patentrezept dafür, wie man eine solche Anlage zuverlässig und kosteneffizient zum Laufen bringt. Bei den meisten Anlagenbetreibern herrscht allerdings Einigkeit darüber, dass die Wasserstoffproduktion von einem zuverlässigen Fluidtransport abhängt.

Und für diese Aufgabe stehen bewährte und anwendbare Best Practices zur Verfügung, damit Betreiber von Wasserstoffanlagen Leckagen, Sicherheitsprobleme und Wartungsaufwände zuverlässig minimieren können. Ordnungsgemäß installierte und qualitativ hochwertige Fluidsysteme zur Einspeisung und Ableitung können dazu beitragen, das volle Potenzial von Elektrolyseuren auszuschöpfen und die eigene Produktivität zu maximieren, um die steigende Nachfrage am Markt bedienen zu können.

Ein mit weniger Verbindungsstellen ausgelegtes und zuverlässig dichtes System trägt nicht nur dazu bei, kostspielige Nachjustierungen bei der Werksabnahmeprüfung zu vermeiden, sondern kann auch unvorhergesehene Probleme bei der Wartung und damit verbundene Ausfallzeiten verhindern. Eine zuverlässige Einspeisung und eine saubere Ableitung kann für eine fortlaufende Prozesseffizienz sorgen und die Gesamtbetriebskosten über die gesamte Lebensdauer der Produktionsanlage hinweg senken. Ein Grund mehr, die mit dem Elektrolyseur verbundenen Fluidsysteme zu optimieren.

Für den erfolgreichen Betrieb einer Wasserstoffanlage ist es wichtig, für die Produktionsinbetriebnahme hochwertige und speziell für Wasserstoff ausgelegte Komponenten und Baugruppen auszuwählen, damit die Anlage zügiger und sicherer in Betrieb genommen werden kann und letztlich für eine langfristige und effiziente Produktion von Anfang an optimal gerüstet ist. Schnelligkeit und Präzision sind die Faktoren, die auf diesem zunehmend wettbewerbsorientierten Markt für grünen Wasserstoff erfolgsentscheidend sind.

Autorin: Ana Dominguez, Engineering Supervisor Clean Energy, Swagelok Company

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