Innerhalb seiner Lewatit UltraPure Reihe hat LANXESS spezielle Ionenaustauschertypen für die Wasserbehandlung bei der PEM-Elektrolyse entwickelt. Dieses Verfahren, das Strom aus erneuerbaren Energien in Wasserstoff umwandelt, gilt als ein vielversprechender Ansatz, um Wasserstoff „grün“ herzustellen.
Die Fachwelt geht davon aus, dass die PEM-Elektrolyse beim Übergang zur Wasserstoffwirtschaft eine wichtige Rolle spielen wird. Im Vergleich zur alkalischen Elektrolyse ermöglicht die hohe Stromdichte bei der PEM-Elektrolyse, den Wasserstoff in kleineren Anlagen zu produzieren. Ein weiterer Vorteil: An ihren Hochdruckausgang lassen sich direkt Wasserstoff-Tankstellen anschließen.
Lewatit UltraPure für einen geringen TOC-Eintrag
Das Verfahren ist mittlerweile so gut entwickelt, dass es eine hocheffiziente Produktion im Megawatt-Bereich ermöglicht. Dabei ist eine kontinuierliche Aufreinigung des Prozesswassers erforderlich. Für einen geringen TOC-Eintrag (Total Organic Carbon) der Ionenaustauscher empfiehlt LANXESS seine für diese Anwendung optimierten Ionenaustauschertypen Lewatit UltraPure 1242 MD (Strong Base Anion exchange resin, SBA) , Lewatit UltraPure 1212 MD (Strong Acidc Cation exchange resin, SAC) und Lewatit UltraPure1295 MD.
Der Geschäftsbereich Liquid Purifucation Technologies (LPT) von LANXESS ist mit namhaften Gaserzeugern im Gespräch, um Standards für eine effiziente Wasseraufbereitung in PEM-Elektrolyse-Anlagen zu etablieren. Dazu erklärt Hans-Juergen Wedemeyer, Manager Technisches Marketing bei LPT: „Unser technisches Know-how kombiniert mit unseren hochleistungsfähigen Ionenaustauscherharzen unterstützen den Wasseraufreinigungsprozess der Anlagen. Durch anwendungstechnische Vorarbeiten und Tests können die Anlagenbedingungen gespiegelt und die nach neuester Technologiehergestellten Lewatit-Ionenaustauscher der UltraPure-Familie optimal eingesetzt werden. LANXESS unterstützt dadurch eine nachhaltige, klimafreundliche Energieversorgung.“
PEM-Elektrolyse wandelt grünen Strom in Wasserstoff um
Bei der PEM-Elektrolyse dient eine Protonenaustauschmembran (Proton Exchange Membrane, PEM) zur Aufspaltung von Wasser in die Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2). Wenn der Strom für diesen Prozess aus erneuerbaren Energien bereitgestellt wird, geschieht das mit sehr geringer CO2-Belastung. Die PEM-Technologie arbeitet mit mehreren Wasserkreisläufen. Zusätzlich wird Wasser benötigt, um den Wasserverlust bei der Herstellung des Wasserstoffs auszugleichen.
Hochreines Wasser erforderlich
Als Prozesswasser wird demineralisiertes Wasser eingesetzt, da die Membranen sonst innerhalb kürzester Zeit durch Mineralien und andere Verunreinigungen unbrauchbar werden würden. In 100 MW PEM-Anlagen zum Beispiel werden rund 6.000 bis 7.000 Kubikmeter Prozesswasser pro Stunde umgewälzt. Im Prozess treten Betriebstemperaturen von 50 bis 70 °C auf. Aus den Anlagenkomponenten können dadurch metallische und organische Verunreinigungen freigesetzt werden. Für eine stabile Wasserstoffproduktion und eine wirtschaftliche Standzeit des PEM-Stacks ist es essenziell, diese Verunreinigungen permanent auf ein Minimum zu reduzieren. LANXESS hat hierfür eine spezielle Prozesswasseraufbereitung mit Lewatit UltraPure-Harzen in Kombination mit UV-Licht konzipiert.
Ionenaustauscher reinigen Wasserstrom kontinuierlich auf
Um die Wasserkreislaufqualität zu stabilisieren, wird ein Teilstrom von etwa drei bis sechs Prozent der Gesamtwassermenge kontinuierlich in einer Polisher-Einheit aufgereinigt. LANXESS empfiehlt eine vorgeschaltete UV-Lampe zur Oxidation der Organik (TOC) gefolgt von einer Kombination aus Anionen- und Kationenaustauschern sowie abschließendem Polisher-Filter.