PEM-Elektrolyse zur Wasserstoffherstellung
Mit PEM-Elektrolyse-Stacks und begleitenden Services von Bosch bringen Sie Ihre Produktion von grünem Wasserstoff voran.
Grüner Wasserstoff, produziert im Verfahren der Protonen-Austausch-Membran-Elektrolyse (englisch: Proton Exchange Membrane Electrolysis, kurz PEMEL oder PEM), ist einer der zentralen Bausteine für eine nachhaltige und klimaneutrale Energiewirtschaft. Er wird in Elektrolyseanlagen mithilfe von regenerativ erzeugter Elektrizität, beispielsweise Sonnen- oder Windstrom, aus dem Rohstoff Wasser hergestellt. Die Reaktionsprodukte des elektrochemischen Prozesses sind Wasserstoff und Sauerstoff. Weil sie keine Emissionen verursacht, ist die Wasserelektrolyse besonders klimaschonend.
Grüner Wasserstoff – Multitalent im Energiesystem
Grüner Wasserstoff ist in der Industrie, im Verkehr und in der Energiewirtschaft ein wahres Multitalent: Er ist Energieträger, Rohstoff und Energiespeicher in einem. In seiner Molekülform ist er ein Energieträger, dessen Potenzial durch Umwandlung in Elektronen nutzbar ist, also zur Erzeugung von Strom. Zugleich ist er gasförmig, brennbar und damit eine Alternative zu fossilen Brennstoffen. Mit Wasserstoff lassen sich Industrien dekarbonisieren, die sich allein durch Umstieg auf Elektrizität nicht von fossilen Brennstoffen lösen könnten. Grüner Wasserstoff kann darüber hinaus in der chemischen Industrie als klimaneutraler Rohstoff eingesetzt werden. Als Treibstoff in Nutz- und Schienenfahrzeugen sowie als Ausgangsprodukt für synthetische Kraftstoffe kann Wasserstoff einen wertvollen Beitrag leisten, den Verkehrssektor unabhängiger von fossilen Brennstoffen zu machen. Seine Lagerfähigkeit eröffnet viele Möglichkeiten, Energie in Form von Wasserstoff langfristig zu speichern. Unter anderem ist Power-to-Gas eine vielversprechende Anwendung: Wandelt man elektrische Energie zu Wasserstoff und speichert diesen, steht er verschiedenen Nutzungen zur Verfügung. Grüner Wasserstoff kann daher perspektivisch einen grundlegenden Beitrag leisten, Erdgas, Kohle und Erdöl zu ersetzen. Der entscheidende Unterschied zu diesen Energieformen: Eine Wasserstoffwirtschaft ist möglich, ohne dass relevante Emissionen entstehen.
Unser Beitrag: der PEM-Elektrolyse-Stack
Mit dem Bosch PEM-Elektrolyse-Stack liefern wir das Herzstück Ihrer Wasserstoffproduktion. Wir stellen die Stacks nach unseren hohen Standards der automatisierten und industrialisierten Serienproduktion her, selbstverständlich in der gewohnt exzellenten Bosch Qualität. So sorgen wir dafür, dass Sie Ihre Wasserstoffproduktion jederzeit und weltweit skalieren können. Unsere fortschrittliche Elektrolysetechnologie und unsere begleitenden Services bereiten den Weg für ein zukunftssicheres Energiesystem, das unabhängig von fossilen Brennstoffen ist und sich aus erneuerbaren Ressourcen speist. Damit die Welt auch für künftige Generationen lebenswert bleibt
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Häufig gestellte Fragen zur PEM-Elektrolyse und unserem PEM-Elektrolyse-Stack
Die Protonen-Austausch-Membran-Elektrolyse (PEM-Elektrolyse) ist ein elektrochemisches Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser. Es nutzt einen Elektrolyseur, der eine Anode und eine Kathode beinhaltet. Anode und Kathode werden von einer Protonen-Austausch-Membran, auch als Polymerelektrolytmembran bezeichnet, elektrisch getrennt. Wird für die Elektrolyse Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Sonnen-, Wasser- und Windenergie verwendet, bezeichnet man den erzeugten Wasserstoff als grünen Wasserstoff.
Bei der PEM-Elektrolyse umspült hochreines Wasser eine Protonen-Austausch-Membran (PEM). Die Membran liegt als ionenleitendes Medium zwischen Anode und Kathode. Wird an die beiden Elektroden eine elektrische Spannung angelegt, oxidiert das Wasser an der Anodenseite zu Sauerstoff, freien Elektronen und Wasserstoff-Ionen. Die Ionen diffundieren durch die Membran und kombinieren sich an der Kathode mit den Elektronen zu Wasserstoff-Atomen. Die Reaktionsprodukte der PEM-Elektrolyse sind Wasserstoff und Sauerstoff.
Ein PEM-Elektrolyseur ist eine Anlage, die in einer elektrochemischen Reaktion Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff trennt. Der erzeugte Wasserstoff kann als effizienter Energieträger genutzt werden. Wir stellen die wichtigste Komponente von PEM-Elektrolyseuren her: den Stack, sozusagen das Herzstück der Wasserelektrolyse. So unterschiedlich wie die Anwendungsbereiche sind die Dimensionen von Elektrolyseanlagen. Sie reichen von der dezentralen Wasserstoffproduktion für den Eigenbedarf von Industrieunternehmen bis zu Großanlagen zur industriellen Wasserstoffanwendung oder für Unternehmen, die Wasserstoff in großem Maßstab für den Export herstellen.
Ein PEM-Stack ist die zentrale Komponente der Wasserelektrolyse, die wir in industrieller Serie fertigen. Der Stack spaltet Wasser in Sauerstoff (O₂) und (H₂). Er besteht aus mehr als 100 Zellen und ist auf eine Leistungsdichte von 3 A/cm3 und eine nominale Leistung von 1,25 MW ausgelegt. Dies entspricht einer maximalen Wasserstoffproduktion von 23 kg H₂ pro Stunde. Auf der Wasserstoffseite entstehen Drücke von mehr als 30 bar. Jeder Stack wiegt etwa 2 850 kg und hat die Maße 80 × 97 × 150 cm. Die Effizienz des Stacks erreicht in Abhängigkeit vom Betriebspunkt 80 % und mehr, bezogen auf den Brennwert von H₂.
Im Vergleich zu anderen Elektrolyseverfahren, wie der alkalischen Elektrolyse (AEL) zeichnet sich die PEM-Elektrolyse durch hohe Energiedichte und Energieeffizienz sowie ihren hohen Wasserstoffausgangsdruck aus. Darüber hinaus sprechen maximale Flexibilität, minimaler Platzbedarf und einfache Skalierbarkeit für den Einsatz von PEM-Elektrolyseuren. Seine große Zuverlässigkeit und Sicherheit machen das Verfahren zur idealen Technologie in Kombination mit erneuerbaren Energien wie Wind- und Solarstrom.
Der Bosch-Elektrolyse-Stack befindet sich in der Pilotierungsphase. Alle hier genannten fachlichen Angaben sind technologische Entwicklungsziele.
