Fazit zuerst
SOEC
Eingesetzt für Kraft-Wärme-Kopplungsprojekte.
Eingesetzt in Projekten mit großer Abwärmemenge (z.B. Stahlwerke, Kernkraftwerke usw.).
AEM Wasserstoffgenerator
Für experimentelle Zwecke.
Noch im Laborstadium.
Vergleich der technischen Parameter
Bei der Auswahl eines Wasserstoffgasgenerators sollten Sie die folgenden Parameter berücksichtigen
- Elektrolyse-Effizienz: Dies ist einer der wichtigsten Aspekte. Ein effizienterer Elektrolyseur kann elektrische Energie effektiver in Wasserstoffenergie umwandeln, was höhere Energieerträge und niedrigere langfristige Betriebskosten bedeutet.
- Kosten: Dies umfasst sowohl die Anschaffungskosten als auch die langfristigen Betriebskosten. Während effizientere Elektrolyseure höhere Anschaffungskosten haben können, sind sie aufgrund niedrigerer Betriebskosten oft wirtschaftlicher. Langlebige und zuverlässige Geräte können Wartungskosten und Ausfallzeiten reduzieren.
- Anpassungsfähigkeit an Energiequellen: Die Energieeffizienz von Elektrolyseuren kann je nach Art der verwendeten Stromquelle variieren, z.B. erneuerbare Energien oder Netzstrom.
- Wasserstoffreinheit: Dies ist besonders wichtig in gewerblichen und industriellen Anwendungen. Unterschiedliche Elektrolyse-Technologien variieren in der Reinheit des erzeugten Wasserstoffs.
- Ruf und Support des Herstellers: Die Zuverlässigkeit und der Ruf des Herstellers sowie der Kundenservice und technische Support, den sie bieten, sind ebenfalls wichtige Aspekte.
Elektrolyse-Effizienz
Eine höhere Elektrolyse-Effizienz bedeutet einen geringeren Energieverbrauch, was zu niedrigeren langfristigen Betriebskosten führt. Unter den derzeit vier Wasser-Elektrolysetechnologien ist die Effizienzreihenfolge von hoch bis niedrig: SOCE (85%~100%) > PEM (70%~90%) = AEM (60%~90%) > ALK (60%-75%).
In Bezug auf die Elektrolyse-Effizienz sind im Vergleich zu den anderen drei Technologien die Hauptprobleme bei ALK folgende:
- Die Elektrolytkonzentration führt zu geringerer Leitfähigkeit und höherem Innenwiderstand. Sowohl PEM als auch AEM verwenden feste Elektrolyte.
- Die Dicke des Diaphragmas ist übermäßig, was einen hohen elektrischen Widerstand verursacht. Die Schwierigkeit, OH⁻-Ionen von der Kathode zur Anode zu transportieren, führt zu einer niedrigeren Elektrolyse-Effizienz. Die Gründe für diese Probleme liegen jedoch in der Verwendung günstigerer Materialien und Prozesse, um die ausgewogenste Lösung zwischen Langlebigkeit und Effizienz zu finden. Beispielsweise beträgt die aktuelle Diaphragma-Dicke bei ALK etwa 500 μm, während sie bei PEM und AEM etwa 100 μm beträgt und in Zukunft voraussichtlich abnehmen wird. Eine Reduzierung der Diaphragma-Dicke von ALK auf 57 μm könnte die Effizienz von 53% auf 75% bei 1 A/cm² erhöhen, würde jedoch die Lebensdauer erheblich verkürzen und die Kosten durch höhere Herstellungsstandards erhöhen.
SOEC hat unter den vier Technologien die höchste Elektrolyse-Effizienz, hauptsächlich aufgrund der Temperatur. Hohe Temperaturen verbessern die Kinetik der Wasserspaltung erheblich, wodurch der für die Elektrolyse benötigte Energieaufwand reduziert und die Effizienz gesteigert wird. Zudem wird bei hohen Temperaturen die Entropieänderung der Wasser-Elektrolyse reduziert, was bedeutet, dass mehr Energie aus der Reaktion freigesetzt wird und so zu einer insgesamt höheren Effizienz beiträgt.
Kosten
Anschaffungskosten: SOEC > PEM > ALK
Die Kosten für Solid Oxide Electrolyzer Cells (SOEC) sind am höchsten, da die SOEC-Technologie relativ neu ist und viele ihrer Prozesse und Materialien noch nicht in Serie produziert werden, was zu höheren Kosten führt. Zudem muss SOEC bei hohen Temperaturen betrieben werden, was Materialien erfordert, die Hitze standhalten und komplexe Herstellungsprozesse notwendig machen, wodurch die Produktionskosten hoch bleiben.
Proton Exchange Membrane (PEM)-Elektrolyseure, obwohl die Herstellung der mittleren Membranelektroden-Baugruppe (MEA) und die Kosten für die beteiligten Edelmetalle hoch sind, haben sich in der Produktion bereits gut etabliert. Sie können sogar an Ihre Anwendung angepasst werden, wodurch die Kosten relativ kontrollierbar bleiben. Zudem reift die Recycling-Technologie für in PEM verwendete Platin- und Iridium-Metalle allmählich, was deren Stückkosten im Laufe der Zeit senken wird.
Alkaline Wasserstoffgeneratoren haben die niedrigsten Anschaffungskosten. Ihr Design und ihre Technologie haben eine lange Geschichte und sind sehr ausgereift. Sie können sogar viele Videos auf YouTube finden, die zeigen, wie man alkalische Wasserstoffgeneratoren zu Hause baut. Daher können Sie sich vorstellen, dass die Materialien relativ leicht zu beschaffen sind.
Anionenaustauschmembran (AEM)-Elektrolyseure werden in diesem Artikel nicht behandelt, da sie sich derzeit noch im Laborstadium befinden. Viele ihrer Kosten und Designprozesse sind noch nicht serienreif. Es wird jedoch allgemein angenommen, dass ihre Kosten niedriger sein werden. Basierend auf unserem und dem Verständnis unserer Partner sind die aktuellen Kosten allerdings nicht niedrig, hauptsächlich weil die Fertigungstechnologie für AEM-Anionenaustauschmembranen noch nicht ausgereift ist, was zu hohen Preisen pro Membran führt. Ob die Kosten in Zukunft sinken werden, ist noch ungewiss. Wir hoffen, dass sie in Zukunft deutlich reduziert werden können.
Langfristige Wartungskosten: ALK > SOEC > PEM
Die Wartungskosten von alkalischen (ALK) Elektrolyseuren sind ziemlich hoch, da die hochkonzentrierte Alkalilösung erhebliche Schäden an Stahlmaterialien und anderen Komponenten verursachen kann. Es besteht häufig die Notwendigkeit, Rost zu entfernen und die Konzentration der Alkalilösung anzupassen. Oft muss der gesamte ALK-Elektrolyseur für Reinigung und Wartung zerlegt werden, und selbst die mittlere Reaktionsschicht könnte ausgetauscht werden müssen. Eine regelmäßige gründliche Reinigung, die das erneute Hinzufügen von Lösungen wie KOH (Kaliumhydroxid) oder NAOH (Natriumhydroxid) erfordert, ist sowohl zeitaufwendig als auch arbeitsintensiv, wobei NAOH einen zusätzlichen Kostenfaktor darstellt.
Die Hauptwartungsaufgaben für Solid Oxide Electrolyzer Cells (SOEC) sind die Dichtungswartung, erforderliche Reinigung und Temperaturüberwachung. Da SOECs eine relativ hohe Toleranz gegenüber Verunreinigungen aufweisen, benötigen sie nur eine einfache, regelmäßige Reinigung. Der Schlüssel liegt jedoch in der Wartung der Dichtungen, da sie bei hohen Temperaturen betrieben werden und die verwendeten Materialien hohen Temperaturen und chemischer Korrosion standhalten müssen. Mit der Zeit kann dies zum Verschleiß dieser Dichtungskomponenten führen, was regelmäßige Inspektionen, Wartungen und Austausche erforderlich macht.
Proton Exchange Membrane (PEM)-Elektrolyseure haben den einfachsten Wartungsaufwand. Sie erfordern lediglich eine einfache Adsorption von Verunreinigungen im zirkulierenden Wasser, um dessen Reinheit zu gewährleisten. Die PEM-Elektrolyseur-Technologie ist weniger anfällig für Verunreinigungen. Nach einer erheblich langen Betriebszeit sind nur die Inspektion und der Austausch der Protonen-Austauschmembran erforderlich.
Anpassungsfähigkeit an Energiequellen
Der Fokus liegt hier speziell auf erneuerbaren Energiequellen mit hoher Variabilität und Hochtemperatur-Energiesystemen (wie Kernenergie und Fabriken mit viel Abwärme), die für Kraft-Wärme-Kopplungsprojekte (KWK) geeignet sind. Die meisten anderen Situationen beinhalten eine stabile Stromversorgung und Umgebungstemperaturen, sodass nur diese beiden Sonderfälle behandelt werden.
- Erneuerbare Energie: Aufgrund der hohen Variabilität erneuerbarer Energiequellen untersagen einige Länder sogar deren Anschluss an das nationale Netz. Für Wasserstoffelektrolyseure ist es erforderlich, schnell auf Laständerungen zu reagieren und rasch zu starten und zu stoppen. Dies macht Proton Exchange Membrane (PEM)-Wasserstoffelektrolyseure zur einzigen Wahl.
- Kraft-Wärme-Kopplungsprojekte: Nur Solid Oxide Electrolyzer Cells (SOEC) können hohen Temperaturen standhalten und diese nutzen, um die Wasserstoffproduktions-Effizienz zu steigern.
Hersteller-Ruf und Support
Bei der Auswahl eines Wasserstoffelektrolyseurs ist die Wahl eines Herstellers mit gutem Ruf entscheidend. SENZA ist ein Hersteller mit gutem Ruf in der Wasserstoffelektrolyseurbranche. Unsere verifizierten Proton Exchange Membrane (PEM) und alkalischen Elektrolyseure sind zuverlässiger.
- Wir verfügen auch über umfangreiche Branchenerfahrung, einen guten Ruf und positives Kundenfeedback.
- Wir reagieren schnell auf Kundenbedürfnisse, lösen deren Anfragen und bieten exzellenten After-Sales-Service.
- Wir bieten umfassende und detaillierte Schulungen sowie Bildungsressourcen, um Kunden dabei zu helfen, Wasserstoffelektrolyseure besser zu verstehen und zu nutzen, wodurch die Elektrolyse-Effizienz und Sicherheit verbessert wird.
- Unsere kontinuierlichen Investitionen in Forschung und Entwicklung stellen sicher, dass unsere Technologie an der Spitze der Branche bleibt.
Anwendungsbereiche
SOEC
Eingesetzt für Kraft-Wärme-Kopplungsprojekte.
Eingesetzt in Projekten mit großer Abwärmemenge (z.B. Stahlwerke, Kernkraftwerke usw.).
AEM Wasserstoffgenerator
Für experimentelle Zwecke.
Noch im Laborstadium.
