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Prof. Dr. Jörg Kapischke
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Elektrolyseur

Studentin am Elektrolyseur

An sonnen- bzw. windreichen Tagen können die Überkapazitäten von Photovoltaikanlagen oder Windkraftanlagen dazu genutzt werden, um Wasserstoff umweltfreundlich herzustellen. Aus dem Überschussstrom produziert der Elektrolyseur Wasserstoff. Dabei zerlegt das Aggregat Wasser mittels einer von außen angelegte elektrischen Gleichspannung in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff. Der klimafreundlich erzeugte Wasserstoff ist ein Energiespeicher, der die lokalen und zeitlichen Differenzen zwischen Angebot und Nachfrage kompensieren kann. Weil die Wasserelektrolyse eine außerordentlich wichtige Funktion in der nachhaltigen Energiewirtschaft einnimmt, werden an der Hochschule Ansbach Wasserstoff-Erzeugungsanlagen auf der Basis eines alkalischen Eloflux-Elektrolyseurs und eines PEM-Druckelektrolyseurs betrieben.
Der Alkali-Elektrolyseur arbeitet mit einem alkalischen, wässrigen Elektrolyten. Kathoden- und Anodenraum sind durch einen Separator getrennt, um die Vermischung der Produktgase zu verhindern. Der Zellblock des alkalischen Elektrolyseurs ist aus vielen Einzelzellen aufgebaut. Die kostengünstigen verfügbaren Materialien - Kohlenstoff und Nickel - weisen eine hohe Umwandlungseffizienz auf.  

Hogen 20
Abbildung 1: PEM Elektrolyseur, Hogen 20.

Der PEM-Druckelektrolyseur verwendet eine Ionenaustauschermembran. Sie übernimmt die kombinierte Funktion des Separators und des Elektrolyten in der Zelle. Im Vergleich zu der alkalischen Elektrolyse ist die Polymer- membranelektrolyse (PEM) noch eine junge Technologie mit großem Ausbaupotenzial. Die kompakte Bauweise des PEM-Druckelektrolyseurs ermöglicht es, die Zellenblöcke mit geringem Aufwand für einen höheren Betriebsdruck zu konstruieren und damit wesentliche anlagentechnische Einsparungen zu erzielen.

Beide H2-Generatoren ermöglichen den Studierenden die Sammlung praktischer Betriebserfahrungen an umweltfreundlichen Wasserstoff-erzeugunganlagen.

Ausstattung

  • PEM - Elektrolyseur, Proton Hogen 20, elektrische Leistung max. 4 kW, 230 V AC, H2- Produktionsrate 0.5 Nm³/h, 13,8 bar
  • Alkalischer Eloflux Elektrolyseur, Gaskatel, zur direkten Kopplung an ein Photovoltaikmodul, elektrische Leistung 100 W, H2- Produktionsrate 26 Nl/h, 1,2 bar
  • Wasserstoffkolbenkompressor, Greenfield, 5 - 200 bar
  • Druckgas Wasserstoffspeicher, 80l / 30 bar, 50l / 200 bar
  • Strom- Spannungsmessgeräte, Galvanostat, Potentiostat, H2-Massflowmeter
           

Zu vergebende Projekt- / Bachelor- und Diplomarbeiten:

  1. Energetische und exergetische Analyse des PEM Elektrolyseurs. Erstellung 
    einer Energiebilanz im intermittierendem Betrieb
  2. Entwickung und Optimierung des PEM Elektrolyseurs für den
    direkt gekoppelten intermittierenden Solarbetrieb


Veröffentlichungen

  1. Kirchner, A., Javorsky, A.:  Aufbau eines alkalischen Eloflux Elektrolyseurs, Projektarbeit 2005.
  2. Kirchner, A., Javorsky, A., Der Eloflux - Elektrolyseur, Projektarbeit 2005 
  3. Rubel, B.: Operational Test of an intermittently operated alkaline Eloflux Electrolyser, Poster und Projektarbeit 2006.
  4. Unbehauen, H.: Kopplung eines PV – Elektrolysesystems, Projektarbeit 2005.
  5. Weiser, C., Wenzel, M.: Aufbau des PEM Elektrolyseurs Hogen 20, Projektarbeit 2008.
  6. Brinkhaus, M.: Test und Systembeschreibung des PEM Elektrolyseurs Hogen 20, Projektarbeit 2008.