An der Westfälischen Hochschule Gelsenkirchen Bocholt Recklinghausen haben Wissenschaftler des Westfälischen Energieinstituts (WEI) einen PEM-Wasserelektrolyseur in Taschenbauweise entwickelt. Dieser Elektrolyse-Stack beruht auf dem vom WEI vorgeschlagenen Prinzip der hydraulischen Verpressung von Einzelzellen unter Anwendung einer patentierten Systemregelung. Damit ist es möglich, den Hydraulikdruck dem Gasdruck am Ausgang des Systems nachzufahren. Hierdurch kann ein nahezu beliebiges Druckniveau des produzierten Wasserstoffs am Ausgang des Systems erreicht werden. Da das Druckniveau zur notwendigen Verpressung der Einzelzellen im Stack in allen Betriebspunkten regelungstechnisch optimal gehalten werden kann, ist nur die mechanische Stabilität der verwendeten Komponenten zu berücksichtigen.
Dieser Vorteil soll in zukünftigen Wasserelektrolyse-Anlagen zur direkten Einspeisung von Wasserstoff, welcher insbesondere aus regenerativen Energiequellen generiert wird, in das Erdgas-Pipeline-Netz ausgenutzt werden. Auf einen zusätzlichen mechanischen Verdichter kann das neuartige Elektrolyseursystem verzichten. Zum einen resultiert hieraus eine Steigerung des Gesamtwirkungsgrades, zum anderen entfällt eine wartungsanfällige mechanische Komponente, wodurch die Systemkosten reduziert werden können. Die gezeigte Entwicklung ist im Rahmen eines öffentlich geförderten ZIM-Projekts zusammen mit der Firma iGas engineering GmbH aus Solingen erarbeitet worden.
Präsentation auf der WES 2016
Im April 2012 wurde in der HZwei bereits ein ähnliches Stack-Konzept für PEM-Brennstoffzellen vorgestellt, bei dem im Gegensatz zu der heute üblichen bipolaren Zellenanordnung mit mechanischer Verbindung Einzelzellen über ein Hydraulikmedium verpresst werden. Hierbei wurden die Vorteile der homogenen Druckverteilung und Temperierung der Zellen herausgestellt. Zwischenzeitlich ist basierend auf diesem Ansatz das Labormuster eines PEM-Elektrolyseurs entwickelt worden, bei dem der produzierte Wasserstoff oder auch der Sauerstoff mit hohen Ausgangsdrücken, beispielsweise bei einem für Power-to-Gas-Anlagen günstigem Druckniveau, direkt bereitgestellt werden können. Ein entsprechendes Labormuster soll auf der World of Energy Solutions ab dem 10. Oktober 2016 in Stuttgart vorgestellt werden.
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Autoren: Prof. Dr.-Ing. Michael Brodmann, Dr. Ulrich Rost, beide Westfälische Hochschule Gelsenkirchen Bocholt Recklinghausen