Stromspeicherpotenziale für Deutschland - Zentrum für ...

3.3 Wasserstoffspeicher
Stromspeicherpotenziale für Deutschland 27
Bei der Wasserelektrolyse wird elektrische Energie in chemische Energie gewandelt und
in Form von Wasserstoff gespeichert. Der so erzeugte Energieträger eignet sich zur
Speicherung und bedarfsgerechten Rückverstromung, bspw. in Brennstoffzellen oder in
kombinierten Gas- und Dampfkraftwerken.
3.3.1 Funktionsprinzip, Stand der Technik und Entwicklungsperspektiven
Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse
Das Prinzip der Wasserelektrolyse beruht darauf, dass Wasser durch elektrische Energie in
seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Zwei Verfahren sind
heute Stand der Technik: die alkalische Elektrolyse mit flüssigem Elektrolyten und die
saure Elektrolyse mit Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM). Daneben gibt es die
Hochtemperaturelektrolyse, welche sich aber noch im Entwicklungsstadium befindet und
hier nicht näher betrachtet wird.
Es gibt bei beiden Elektrolysetypen einerseits Anlagen, die mit atmosphärischem
Druck arbeiten und andererseits Druckelektrolyseure, die bei bis zu 30 bar betrieben
werden. Die Vorteile der Druckelektrolyseure liegen vor allem in der kompakteren
Bauweise aufgrund kleinerer Rohrleitungsquerschnitte und Anlagenkomponenten und in
der Möglichkeit einer direkten Anbindung an viele industrielle Anwendungen, die bei
entsprechend hohem Druck arbeiten. Druckelektrolyseure bieten aufgrund der höheren
Stromdichte zudem größere Verbesserungspotenziale hinsichtlich der Stack-Kapazität.
Höhere Investitionskosten verglichen mit atmosphärischen Systemen sowie höherer
Wartungs- und sicherheitstechnischer Aufwand und ein kleinerer Teillastbereich sind die
wichtigsten Nachteile der Drucksysteme. Für atmosphärische Systeme sprechen vor allem
die zuverlässige und langjährig erprobte, einfache Anlagentechnik sowie vergleichsweise
niedrige Investitionskosten. Die atmosphärische Elektrolyse ist im Moment die
Standardtechnik bei Elektrolyseanlagen, die Entwicklungen gehen aber verstärkt auch in
Richtung Druckelektrolyseure. /Wenske 2008/
Alkalische Elektrolyseure nutzen eine wässrige Kaliumhydroxid-Lösung
(„Kalilauge“) als Elektrolyt, die sich durch eine hohe Leitfähigkeit auszeichnet. Die
Kathodenmaterialien basieren in der Regel auf Nickel; Kathode und Anode sind durch ein
Diaphragma voneinander getrennt. Das Wasser wird an der Kathodenseite zugeführt, an
welcher Wasserstoff und OH - -Ionen entstehen. Die OH - -Ionen durchqueren das
Diaphragma und werden an der Anode zu Sauerstoff und Wasser umgesetzt. Die
chemischen Reaktionen laufen folgendermaßen ab:
Kathode: 2 H2O + 2e - � H2 + 2 OH -
Anode: 2 OH - � ½ O2 + H2O +2e -
Gesamtreaktion: H2O � H2 + ½ O2