Rekordwert: Neuer Wasserstoff-Elektrolyseur kommt auf eine Effizienz von 95 Prozent

In einem Kilogramm Wasserstoff sind 39,4 kWh Energie enthalten. Dem gegenüber steht ein Energieaufwand von 52,5 kWh bei der Produktion unter Verwendung eines kommerziellen Elektrolyseurs. Ein australisches Unternehmen namens Hysata hat nun einen Elektrolyseur entwickelt, der etwa 41,5 kWh Energie benötigt, um ein Kilogramm Wasserstoff zu produzieren. Innerhalb weniger Jahre will das Unternehmen grünen Wasserstoff für etwa 1,50 US-Dollar pro Kilogramm zur Verfügung stellen.

Wasserstoff: Effizienz ist der Knackpunkt

Die Effizienz bei der Produktion ist einer der wichtigsten Aspekte, der gegen Wasserstoff im Rahmen einer sinnvollen und erfolgsversprechenden Energiewende spricht. Wasserstoff an sich hat eine deutlich höhere Energiedichte als Batterien. Allerdings sind Akkus ein deutlich effizienterer Weg zur Energiespeicherung. Bei der Verwendung von Wasserstoff geht in jedem Schritt deutlich zu viel Energie verloren: Bei der Elektrolyse, beim Transport, bei der Speicherung und bei der Umwandlung der Energie durch eine Brennstoffzelle ist die Effizienz nicht gerade überragend.

Der neue Elektrolyseur von Hysata könnte daher ein echter Gamechanger sein, der zumindest den Schritt der Elektrolyse deutlich effizienter gestaltet. Wasserstoffherstellung kann so oder so nur dann als „grün“ bezeichnet werden, wenn für die Elektrolyse Energie aus erneuerbaren Energien verwendet wird. Diese ist eine knappe Ressource, weshalb eine möglichst hohe Effizienz bei ihrer Speicherung wichtig ist. Hysata zufolge ist der neue Elektrolyseur in der Anschaffung und im Betrieb zudem günstiger als aktuell verwendete Modelle. Der Preis für grünen Wasserstoff spielt selbstverständlich auch eine wichtige Rolle. Ziel muss es sein, ihn möglichst bald in einen Bereich zu bringen, der Wettbewerbsfähigkeit gegenüber „schmutzigem“ Wasserstoff (also solchen, der mit Energie aus fossilen Energieträgern oder Atomenergie hergestellt wurde) oder auch fossilen Brennstoffen herstellt.

Kapillarsystem vermeidet die Bildung von Blasen

Der Hysata-Elektrolyseur setzt auf die Vermeidung von Blasen in der Elektrolyt-Flüssigkeit. Diese sind nämlich nicht leitend und lagern sich an der Oberfläche von Elektroden an, was die Effizienz der Geräte verringert. Frühere Elektrolyseure hatten Elektroden, die beide in der Elektrolyt-Flüssigkeit versenkt worden, sodass sich um sie herum Blasen bilden konnten. In den 70-er Jahren wurde dann die Zero-Gap-Elektrolyse entwickelt, bei der Katode und Anode direkten Kontakt zur Trennmembran haben, was die Effizienz erhöht, da sich Blasen so nur noch auf einer Seite der jeweiligen Elektrode bilden können. Aktuell wurde eine Technik entwickelt, bei der die Seite mit der Katode komplett ohne Flüssigkeit auskommt, was die Effizienz weiter erhöhte.

Hysatas Elektrolyseur setzt nun noch einen drauf. Die Elektrolyt-Flüssigkeit befindet sich in einem Reservoir am unteren Ende der Zelle, sodass sie weder Kontakt mit der Anode noch mit der Katode hat. Mit Hilfe von Kapillaren wird die Flüssigkeit dann in die Trennwand gezogen, sodass jeweils die Anode als auch die Katode mit ihr in Kontakt kommt. Der Wasserstoff und der Sauerstoff werden bei dieser Methode so gebildet, dass keine Blasen entstehen.

Unerreichte Effizienz in ersten Tests

In einem Paper, das den Peer-Review-Prozess durchlief und in der Fachzeitschrift
Nature Communications veröffentlicht wurde, beschreibt das Hysata-Team, das ihr Kapillar-Elektrolyseur eine Rekord-Effizienz von 98 Prozent demonstrieren könnte, was deutlich über den Werten der kommerziell verfügbaren und eingesetzten Geräten liegt. Außerdem sei der Gasaustausch zwischen den beiden Seiten der Zelle extrem niedrig, was wichtig ist, da ein Wasserstoff-Luft-Gemisch bei den richtigen Temperaturen und Konzentrationen explosiv sein kann.

Dem Unternehmen zufolge sind auch die Betriebskosten für den Elektrolyseur recht gering. Es gibt keine Notwendigkeit für Flüssigkeitszirkulationen oder Tanks, in denen Gas und Flüssigkeit getrennt werden. Dementsprechend werden auch Kosten für Leitungen, Pumpen und Dichtungen gespart. Der Elektroyseur kann luftgekühlt werden. Sollte die Gravitation der Tätigkeit der Kapillaren bei der Skalierung Grenzen setzen, sei es auch problemlos möglich, das Reservoir für das Elektrolyt nach oben zu versetzen und die Flüssigkeit durch die Trennmembran laufen zu lassen.

„Hysata’s overall electrolyzer system has been designed for ease of manufacturing, scaling and installation, delivering 95 percent overall system efficiency, equivalent to 41.5 kWh/kg, compared to 75 percent or less for existing electrolyzer technologies. For hydrogen producers, this will significantly reduce both the capital and operational costs to produce green hydrogen.„, so Hysatas CTO Gerry Swiegers.

Kommerzieller Einsatz bis 2025

Laut CEO Paul Barrett will das Unternehmen die Technologie bis 2025 kommerzialisieren. Bis dahin soll ein Preis von 1,50 US-Dollar pro Kilogramm Wasserstoff im Bereich des möglichen liegen. Aktuell plant das Unternehmen die Konstruktion eines Pilot-Kraftwerks, in dem Wasserstoff produziert werden soll.

Die Produktion von Wasserstoff wird in den nächsten Jahren immer bedeutsamer werden. Das Gas spielt in den Plänen für grünere Energie eine wichtige Rolle. Ein günstigerer, effizienter Elektrolyseur wird daher eine deutliche Nachfrage haben, sodass man davon ausgehen kann, dass Hysata ein großer Wurf gelungen ist – vorausgesetzt also, das Gerät hält, was es verspricht. Der Weg von einem Paper und Prototypen hin zu einem kommerziell nutzbaren Produkt ist kein Selbstgänger, aber das Unternehmen aus Australien scheint gute Voraussetzungen zu haben.

via Hysata

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