loader image

Elektrolyseure

Die Erzeugung von grünem Wasserstoff aus elektrischen erneuerbaren Energien wird großtechnisch durch die Elektrolyse von Wasser erreicht. Damit sind Elektrolyseure eine Kernkomponente der Wasserstoffwirtschaft, da zukünftig der Großteil erneuerbarer Energie aus Wind- und Solarstrom erzeugt werden soll. 

Die Wasserstoff-Normungsroadmap 2024 erkennt im Bereich der Elektrolyseure noch einige Entwicklungsbedarfe.

Typen

Die Alkalische Elektrolyse macht einen Großteil der derzeit verfügbaren Elektrolyse Leistung aus. Sie wird kommerziell seit 100 Jahren in der Industrie genutzt und hat Systemkosten von 1000 – 1200 €/kW. Außerdem zeichnet sie sich durch eine hohe Lebenserwartung (60.000 bis 90.000 Stunden) aus.

Die Proton Exchange Membran Elektrolyse (PEM) wird kommerziell in mittleren und kleinen Anwendungen unter 300 kW genutzt. Ihre Lebensleistung beträgt 20.000 bis 60.000 Stunden. Vorteilhaft ist bei der PEM-Elektrolyse die Flexibilität in der Produktion und damit die schnelle Anpassungsfähigkeit an die Stromnachfrage. Zudem kann diese Form der Elektrolyse eine hohe Reinheit des Wasserstoffs auch bei Teil oder Überlastbetrieb beibehalten.

Erst vor kurzem auf dem Markt erschienen ist die Anion Exchange Membran Elektrolyse (AEM). Bisher existieren in diesem Bereich Anlagen bis 4,5 kW. Sie weist zudem eine geringere Reinheit des Wasserstoffs auf.

Die Solid Oxide Elektrolyse (SOE) befindet sich derzeit im Entwicklungsstatus. Sie verfügt über eine deutlich höhere Betriebstemperatur und könnte mit Dampf und CO2 direkt Synthesegas herstellen, welches beispielsweise zur Herstellung von synthetischen Kraftstoffen zur Verfügung stehen würde.

Normen

Eine zentrale Norm für Elektrolyseure ist die ISO 22734 (Hydrogen Generators using water electrolysis), welche durch die ISO 22734-1 ersetzt werden soll. Die Norm setzt Standards für Elektrolyseure in den Themenbereichen Konstruktion, Sicherheit, Leistungsanforderungen, Prüfung und Kennzeichnung. Normativ sind zusätzlich die Anforderungen an Speicher und Tanks zu beachten. Falls Wasserstoff nach der Erzeugung eingespeist werden soll, kann die DIN EN 17928-3 angewandt werden. In dieser Norm werden Anforderungen spezifisch für die Einspeisung von Wasserstoff beschrieben.

Genehmigung

Elektrolyseure sind nach BImSchG in Verbindung mit der 4. BImSchV genehmigungspflichtig. Bei der Genehmigung ist laut 4. BImSchV entscheidend, ob es sich um eine industrielle Wasserstofferzeugungsanlage handelt oder nicht. 

Die Genehmigung nach BImSchG hat eine sogenannte Konzentrationswirkung. Das heißt, dass die Immissionsschutzbehörde ein Genehmigungsverfahren durchführt, welches die verschiedenen Zulassungsentscheidungen wie beispielsweise Baugenehmigung oder die naturschutzrechtlichen Ausnahmen beinhaltet. Ausgeschlossen von der Konzentrationswirkung sind übergeordnete Genehmigungen. Diese sind Verfahren wie Planfeststellungsverfahren, personenbezogene Genehmigung oder wasserrechtliche Erlaubnisse. 

Für Elektrolyseure, die im Rahmen eines Planfeststellungsbedürftigen Vorhaben, z.B. in Verbindung mit einem Untergrundkavernenspeicher oder mit einem Anschluss an das Gasnetz errichtet werden, kann laut EnWG ein Planfeststellungsverfahren nötig sein. 

Eine Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) ist gemäß 9. BImSchV für alle Anlagen verpflichtend, die laut UVPG UVP-pflichtig sind. Die UVP darf beispielsweise im Rahmen der Genehmigung nach BImSchG erfolgen.

Ein Elektrolyseur muss ein Baugenehmigungsverfahren durchlaufen. Dies kann einzeln oder im Rahmen der Prüfung nach BImSchG erfolgen. Dabei gibt es je nach Ländervorgaben unterschiede, wodurch kein bundesweit einheitliches Vorgehen existiert. Allerdings wird immer für die einzelnen verbauten Komponenten und die Gesamtanlage CE-Konformität verlangt. Die CE-Konformität erklärt, dass ein bewertetes Produkt den geltenden Anforderungen genügt.

Die BetrSichV legt für bestimmte Anlagen eine Erlaubnispflicht fest. Falls ein immissionsrechtliches Genehmigungsverfahren oder Planfeststellungsverfahren durchzuführen ist, wird die Erlaubnispflicht von der Konzentrationswirkung erfasst. Einzuhalten ist außerdem das Gesetz zu überwachungsbedürftigen Anlagen (ÜAnlG).

Materialien

Per- und Polyfluoralkysubstanzen (PFAS) sind bedeutende Werkstoffe zur Herstellung von Elektrolyse- und Brennstoffzellen. Durch ihre überlegene chemische und elektrochemische Stabilität sind die PFAS laut nationalem Wasserstoffrat nur schwer zu ersetzen.

Wegen ihrer vorteilhaften Eigenschaften sind PFAS in der Umwelt kaum abbaubar und reichern sich in der Umwelt, in Nahrung und Trinkwasser an. Deshalb haben die nationalen Behörden der ECHA (European Chemical Agency) im Rahmen der REACH einen Vorschlag zur Eindämmung von PFAS unterbreitet. Demnach wird in den kommenden Jahren die Nutzung von PFAS in verschiedenen Branchen stufenweise eingeschränkt. Der Vorschlag der ECHA wird derzeit in Bezug auf die Wasserstoffwirtschaft bewertet und eine endgültige und eine Entscheidung zum Ausmaß der Einschränkung steht noch aus. Je nach Ausmaß könnte die Eindämmung von PFAS eine relevante Einschränkung für den Wasserstoffsektor bedeuten.

Haftungsausschluss

Trotz der Sorgfalt, die bei der Erstellung dieser Website beachtet wurde, gilt folgender Haftungsausschluss: Die Informationen auf dieser Website werden in ihrem derzeitigen Zustand zur Verfügung gestellt, und es wird keine Garantie oder Gewährleistung dafür übernommen, dass die Informationen für einen bestimmten Zweck geeignet sind. Der Benutzer verwendet die Informationen auf sein eigenes Risiko und Haftung. Die Informationen und die RCS Datenbank spiegelt die Ansichten der Autoren und Fachexperten wider. Die NOW GmbH haftet nicht für die Verwendung der hierin enthaltenen Informationen.