PEM-Elektrolysesystem

● Der Einsatz von Elektrolyten ist nicht erforderlich. Dies bedeutet, dass gereinigtes Wasser verwendet werden kann, was einen erheblichen Vorteil darstellt.

Die PEM-Elektrolyse kann über einen Bereich von Stromdichten betrieben werden. Typischerweise kann die Stromdichte in PEM-Elektrolysesystemen von nur 0,2 A/cm² bis zu 2 A/cm² oder mehr variieren, abhängig von der spezifischen Konstruktion und den Betriebsbedingungen des PEM-Elektrolyseurs. Die Kapazität (Stromdichte) hat einen erheblichen Einfluss auf die Größe des Elektrolyseurs. Daher bietet die PEM-Elektrolyse im Allgemeinen eine kompaktere Grundfläche im Vergleich zur Druckelektrolyse mit alkalischem Wasser, was sie für Anwendungen vorteilhaft macht, bei denen die Platzeffizienz eine entscheidende Rolle spielt.

● Ein weiterer großer Vorteil ist auch die Fähigkeit von PEM, sich innerhalb von Sekunden schnell an variable Leistungsniveaus anzupassen.
Ein häufiges Ziel für PEM-Elektrolysesysteme ist es, die Abbaurate der Überpotentialspannung unter 100 mV/Jahr zu halten. Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass die tatsächliche Verschlechterungsrate je nach Betriebsfaktoren und Wartungspraktiken variieren kann. Die Konstruktion und Qualität des Elektrolyseurs, die vom Originalhersteller bestimmt werden, spielen eine entscheidende Rolle bei der Beeinflussung der Degradationsraten. Daher ist es ratsam, sich an den Hersteller Ihres Elektrolyseurs zu wenden, um spezifische Informationen zu den erwarteten Abbauraten und empfohlenen Wartungsverfahren zu erhalten.

● PEM ist eine feste Polymerelektrolytmembran. Die beiden Seiten der Membran können einem großen Druckunterschied standhalten und haben nur einen unidirektionalen Leitungseffekt auf Wasserstoffionen. Es kann den Reaktanten Wasserstoff und Sauerstoff direkt trennen, um eine Quervergasung zu vermeiden, und bietet eine gute Sicherheit. , Das Produktgas weist eine hohe Reinheit auf. Bei der alkalischen Elektrolyse wird eine Flüssigelektrolysezelle verwendet und das poröse Asbestgewebe wird durch Imprägnierung zu einem Diaphragma. Daher muss ein strenges Druckdifferenzkontrollsystem installiert werden, um sicherzustellen, dass in den Anoden- und Kathodenreaktionskammern keine Luftlecks auftreten und Sicherheitsunfälle vermieden werden.

● Die PEM-Elektrolytmembran kann weniger als 200 μm groß sein, der Elektrodenabstand ist klein, sie kann die Arbeitsspannung und den Energieverbrauch reduzieren und die Struktur der Elektrolysezelle kompakter machen.

● Wasser ist sowohl Reaktant als auch Kühlmedium, wodurch ein Kühlsystem überflüssig wird und das Volumen und Gewicht des Geräts reduziert wird. Da die PEM-Elektrolysezelle reines Wasser als Elektrolyt verwendet, wird die Korrosion des Elektrolyten am Tankkörper vermieden, das Reaktionsprodukt enthält keinen Alkalinebel und die Gasreinheit ist höher.

Alkalische Elektrolyseure scheinen die günstigste Option zu sein – schließlich gibt es alkalische Elektrolyseure schon seit Jahrzehnten als PEM. Allerdings haben Fortschritte in der PEM-Technologie ihre Kosten verändert.

Eine Analyse beider Arten von Elektrolyseuren zeigt, dass die Stapelkosten eines alkalischen Elektrolyseurs niedriger sind als bei PEM. Aber wenn es um die Komplexität und die Kosten der Anlagenbilanz (BOP) geht, ist PEM mit zunehmender Systemgröße geringer, so das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. Tatsächlich sind die Gesamtbetriebskosten eines PEM-Elektrolyseurs niedriger als bei einem alkalischen Elektrolyseur, wobei Prognostiker schätzen, dass die PEM-Servicekosten ein Drittel der alkalischen betragen.

Bei der Skalierung eines Elektrolyseurs bietet PEM erhebliche Kostenvorteile im Hinblick auf die Anlagenökonomie. Auf Pro-Kilowatt-Basis steigen die mit einem alkalischen Elektrolyseur verbundenen Investitionsausgaben erheblich, wenn das System skaliert wird. Mit PEM gibt es Optionen zur Rationalisierung des BOP, um die Vorlaufkosten in größeren Systemen über 10 Megawatt zu minimieren.

Wenn man den Ausgangsdruck berücksichtigt, liefern herkömmliche alkalische Elektrolyseure einen Ausgang bei einem niedrigen Druck von 1 bis 10 bar, was nahezu dem Umgebungsdruck entspricht. Für die meisten Anwendungen muss Wasserstoff für Transport, Lagerung oder Verbrauch weiter komprimiert werden. Auf der anderen Seite haben PEM-Elektrolyseure eine Leistung von 40 bar – das ist das 4- bis 40-fache eines typischen alkalischen Systems.

Der Druck wird durch den elektrochemischen Prozess im Stapel erzeugt, was bedeutet, dass PEM die Kompression der ersten Stufe vermeidet, um ihn auf 40 bar zu bringen, und die mit dem Kompressorbetrieb verbundenen Energiekosten umgeht.

Auch die ätzende Elektrolytlösung von Alkaline kann ihren hohen Preis in die Höhe treiben. Beispielsweise bedeutet ein 10- bis 20-jähriges Projekt, dass langfristig Teile wie Pumpen und Ventile ausgetauscht oder Kaliumhydroxid aus den Wasserstoff- oder Sauerstoffströmen entfernt werden müssen. Der Bedarf von 3,5 Tonnen pro Megawatt an hochkorrosivem Kaliumhydroxid in alkalischen Systemen erfordert typischerweise einen erheblichen Platzbedarf – oft zwei- bis dreimal so viel Platz wie ein PEM-System für eine ähnliche Leistung. Etwaige Flächenverluste können zu Umsatzeinbußen führen.