Wasserstoff Elektrolyseur: Funktion einfach erklärt

Ein Wasserstoff Elektrolyseur nutzt elektrische Energie, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. Wie das in der Theorie funktioniert, lässt sich einfach am Hofmannschen Wasserzersetzungsapparat erklären. Die Apparatur, die bereits in den 1860er-Jahren entwickelt wurde, besteht aus drei Glasröhren, die am unteren Ende miteinander verbunden sind. Während die mittlere Röhre der Wasserzufuhr dient, befinden sich in den beiden Äußeren Elektroden. Fließt Gleichstrom durch die Apparatur, spaltet sich Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff auf.

  • Hier die Reaktionsgleichung: 2 H2O -> H2 + O2

Die Gase steigen in den Röhrchen nach oben und lassen sich über einen Hahn entnehmen. Damit die Reaktion richtig in Gang kommt, mischen Experten das Wasser zum Beispiel mit Schwefelsäure. Diese erhöht die elektrische Leitfähigkeit der Flüssigkeit und stellt sicher, dass ausreichend Strom fließt.

Die Reaktion im Detail: Ein Blick in die Tiefe

Was im Wasserstoff Elektrolyseur passiert, zeigt ein Blick in die Tiefe. So entzieht die positiv geladene Elektrode (die Anode) dem Wasser Elektronen. Die Reaktion führt dazu, dass die instabilen Wasserteilchen zerfallen und neben Oxoniumionen auch Sauerstoff frei wird.

Während der Sauerstoff im Glas aufsteigt, geben die Ionen ihre positive Ladung daraufhin bis zur Kathode weiter. Letztere zieht die Oxoniumionen an und entlädt sie. Die Reaktion findet in der zweiten Röhre statt und setzt den energiereichen Wasserstoff frei. Letzterer steigt nach oben, wo er sich über einen Hahn entnehmen lässt. 

Verschiedene Arten des Wasserstoff Elektrolyseurs

Bis heute arbeiten Wissenschaftler kontinuierlich daran, die Technik weiterzuentwickeln. Das Ergebnis sind unterschiedliche Arten der Wasserstoff-Elektrolyseure. So gibt es unter anderem folgende Lösungen:

  • Der alkalische Elektrolyseur nutzt Kalilauge für die elektrische Leitfähigkeit (als Elektrolyt) und besteht aus zwei Kammern. Diese sind durch eine gasdichte aber für Ionen durchlässige Membran voneinander getrennt. Letztere verhindert, dass sich Wasserstoff und Sauerstoff nach der Reaktion vermischen.
  • Der Wasserstoff Elektrolyseur mit Protonen-Austausch-Membran (auch PEM-Elektrolyseur) besitzt eine Membran, die für Protonen durchlässig ist. Auf jeder Seite dieser Membran befindet sich je eine Elektrode. Die Erste spaltet destilliertes Wasser in Sauerstoff, Elektronen und positiv geladene H+ Ionen auf. Die Ionen wandern anschließend durch die Membran zur zweiten Elektrode, wo sie zusammen mit den Elektronen Wasserstoff bilden.
  • Der Hochtemperatur Elektrolyseur spaltet Wasser bei Temperaturen von etwa 900 Grad Celsius in Wasserstoff und Sauerstoff auf. Das senkt den Strombedarf der Anlage und sorgt für deutlich höhere Wirkungsgrade.

Übrigens: Sprechen Experten von einer reversiblen Brennstoffzelle, meinen sie in der Regel den PEM-Elektrolyseur. Denn dieser lässt sich je nach Bedarf zur Spaltung von Wasserstoff oder zur Bildung von Wasser nutzen.

Autarke Energieversorgung mit PV und Brennstoffzelle

Zusammen mit einer Photovoltaikanlage und einer Brennstoffzelle können Hausbesitzer mit dem Wasserstoff Elektrolyseur nahezu autark heizen. Möglich ist das, indem die Geräte Wasser mit überschüssigem Solarstrom in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten. Während der Sauerstoff an die Umgebung entweicht, lagert der energiereiche Wasserstoff in einem speziellen Wasserstoffspeicher. Reicht der Solarstrom nicht mehr aus, um das Haus mit Energie zu versorgen, schaltet sich die Brennstoffzellenheizung zu. Sie lässt den Wasserstoff wieder mit Sauerstoff reagieren und setzt Strom sowie Wärme frei. Hausbesitzer heizen auf diese Weise auch im Winter mit Energie, die sie im Sommer geerntet haben – kostenfrei und umweltfreundlich.

Voraussetzung: Energieeffiziente Bauweise und stromsparende Technik

Damit sich die Kombination aus Wasserstoff-Elektrolyseur, Photovoltaik und Brennstoffzelle sinnvoll umsetzen lässt, muss der Energieverbrauch im Haus minimal sein. So gehen ein guter Dämmstandard und eine dichte Bauweise zum Beispiel mit einem geringen Wärmebedarf einher. Das hat zur Folge, dass sich die Heiztechnik sehr klein auslegen lässt. Verbrauchen auch elektronische Systeme nur wenig Strom, sinken darüber hinaus auch die Anforderungen an Photovoltaik und Speicher. Die Kosten der Energielösung fallen und die Wirtschaftlichkeit steigt. 

Übrigens: Ob eine solche Lösung tatsächlich wirtschaftlich ist, lässt sich nicht pauschal beurteilen. Denn dabei spielen sehr viele Faktoren eine wichtige Rolle. Eine zuverlässige Aussage bekommen Hausbesitzer hier allein von Experten, die das gesamte Konzept genau prüfen und bewerten.

Wasserstoff Elektrolyseur kaufen: Kosten und Ansprechpartner

Die hier vorgestellte Energielösung setzt sich aus modernsten Komponenten zusammen, sodass Bauherren und Hausbesitzer aktuell mit hohen Kosten rechnen müssen. So nennt der Systemanbieter Home Power Solutions zum Beispiel einen Gesamtpreis von 60.000 bis 90.000 Euro. Darin enthalten sind neben dem Wasserstoff Elektrolyseur auch eine Brennstoffzelle, ein Batteriespeicher, ein Wasserstoffspeicher, ein Solar-Wechselrichter, ein intelligentes Energiemanagementsystem, ein Lüftungsgerät zur kontrollierten Wohnraumlüftung und ein Warmwasserspeicher. Für viele der Komponenten gibt es heute attraktive Fördermittel, sodass sich die Kosten häufig spürbar senken lassen.

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