Wasseraufbereitung für die Wasserstoffproduktion

Die benötigte Wassermenge hängt vom Wirkungsgrad des Elektrolyseurs ab. Eine gute Faustregel ist ca. 200 l/h pro MW Elektrolyseleistung. Darin ist das Kühlwasser nicht enthalten.

Wasser besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Da Sauerstoff 16-mal schwerer ist als Wasserstoff, nimmt er den größten Teil der Masse eines Wassermoleküls ein. 89 % der Masse sind Sauerstoff und 11 % Wasserstoff. Das bedeutet, dass zur Herstellung von 1 kg Wasserstoff 9 kg Wasser benötigt werden. In der Realität werden aufgrund von Verlusten und Ineffizienzen etwa 10 bis 13 kg Wasser benötigt.

Die erforderliche Wasserqualität hängt vom Elektrolyseverfahren (alkalisch oder PEM) und den Spezifikationen ab, welche der Anlagenhersteller vorgibt. Die Leitfähigkeit kann zwischen 0,056 und 5 µS/cm liegen. Je nach verwendeter Technologie haben jedoch viele Substanzen einen Einfluss auf den Elektrolyseprozess.

ASTM Typ I, II, II und IV sind eine Reihe von internationalen Normen für die Wasserqualität, die häufig zur Beschreibung der Wasserqualitätsanforderungen für Elektrolyseure verwendet werden. Sie umfassen die Bereiche Leitfähigkeit/Widerstand, Natrium, Chlorid, TOC und Kieselsäure, reichen aber oft nicht aus, um die Wasserqualitätsanforderungen für Elektrolyseure korrekt zu beschreiben.

Sowohl bei der PEM als auch bei der alkalischen Elektrolyse ist eine Aufbereitung des Zusatzwassers erforderlich. Bei der PEM ist außerdem ein kontinuierliches Filtrieren/Polieren erforderlich, sobald das Wasser im Kreislauf der Elektrolysezelle zirkuliert.

Ob EDI oder Mischbett die bessere Wahl ist, hängt davon ab, ob mit Zusatzwasser oder mit internem Wasser poliert werden soll. EDI hat tendenziell höhere Investitionskosten, dafür entfällt die Regeneration bzw. der Austausch der verbrauchten Harze.

Ein sicherer Elektrolyseprozess ist ausschließlich mit einem geeigneten Ionenaustauscherharz gewährleistet. Die Verwendung eines ungeeigneten Harzes kann zu irreversiblen Schäden am Elektrolysestack führen.

Ja. Bei jedem Zulaufwasser muss auf bestimmte Verunreinigungen geachtet und Schwankungen in der Wasserqualität berücksichtigt werden. Bei Abwasser liegt der Fokus auf Nährstoffe und Mikroorganismen, die Biofouling verursachen können, sowie auf der Verunreinigung mit organischen Substanzen, während bei Meerwasser auf einen hohen Ionenrückhalt geachtet werden muss.

Die von den Elektrolyseur-Herstellern angegebene Lebensdauer hängt ausschließlich von der Einhaltung der spezifizierten Anforderungen an die Wasserqualität ab. Bereits geringe Mengen unerwünschter Ionen und Substanzen im Wasser können die Elektrolyseure irreversibel schädigen.

In der Regel muss das Rohwasser zunächst auf Trinkwasserqualität aufbereitet werden. Anschließend wird das Wasser enthärtet, um Ablagerungen (Scaling) zu verhindern. In der darauffolgenden Umkehrosmose werden Ionen, organische Stoffe und Kolloide weitgehend entfernt. Danach erfolgt die Entgasung. Je nach Anforderungen des Elektrolyseurs kann das Wasser abschließend poliert werden.

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