Wasseraufbereitung für die PEM-Elektrolyse

17. April 2024 | Die Lanxess AG hat ein Verfahren zur Wasseraufbereitung für PEM-Elektrolyseure entwickelt. Dabei kommen neuartige Ionenaustauscherharze in Kombination mit UV-Licht zum Einsatz.

Damit PEM-Elektrolyseure zuverlässig Wasserstoff produzieren, ist eine kontinuierliche Aufreinigung ihres Prozesswassers erforderlich. Der TOC-(Total Organic Carbon) Eintrag der Ionenaustauscher soll dabei möglichst gering bleiben. Diverse Anbieter entwickeln daher Technologien zur Wasseraufbereitung, etwa die Grünbeck GmbH mit ihrem Ansatz der Umkehrosmose.

Chemie-Riese Lanxess hat nun eine eigene Serie von Wasseraufbereitern für PEM-Elektrolyseure entwickelt. Wie Lanxess am Montag (15. April) mitteilte, habe der verantwortliche Geschäftsbereich Liquid Purification Technologies (LPT) hierbei Gespräche mit “namhaften Gaserzeugern” geführt, um Standards für eine effiziente Wasseraufbereitung in PEM-Elektrolyseuren zu etablieren.

Hans-Juergen Wedemeyer, Manager Technisches Marketing bei LPT, nannte hochleistungsfähige Ionenaustauscherharze als Schlüsselelement für den Wasseraufreinigungsprozess der Anlagen: “Durch anwendungstechnische Vorarbeiten und Tests können die Anlagenbedingungen gespiegelt und die Ionenaustauscher optimal eingesetzt werden. ”

PEM: Hochreines Wasser erforderlich

Bei der PEM-Elektrolyse dient eine Protonenaustauschmembran (Proton Exchange Membrane, PEM) zur Aufspaltung von Wasser in die Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff. Die PEM-Technologie arbeitet mit mehreren Wasserkreisläufen: Neben dem Prozess- benötigt sie zusätzliches Wasser, um den Wasserverlust bei der Herstellung des Wasserstoffs auszugleichen.

Als Prozesswasser kommt dabei demineralisiertes Wasser zum Einsatz. Ohne Demineralisierung würden die Membranen sonst innerhalb kürzester Zeit durch Mineralien und andere Verunreinigungen unbrauchbar. So würden nach Angaben von Lanxess in 100 MW PEM-Anlagen rund 6.000 bis 7.000 m³ Prozesswasser pro Stunde umgewälzt.

Dreistufige Polisher-Einheit zur Aufreinigung des Prozesswassers in PEM-Elektrolyseanlagen (© Lanxess)

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 müssten diese Verunreinigungen minimiert werden. Die Prozesswasseraufbereitung von Lanxess kombiniert die Ionentauscherharze daher mit UV-Licht.

Zur Stabilisierung der Wasserkreislaufqualität wird dabei ein Teilstrom von etwa drei bis sechs Prozent der Gesamtwassermenge in einer Polisher-Einheit aufgereinigt. Die vorgeschaltete UV-Lampe dient hierbei der Oxidation der TOC,  gefolgt von einer Kombination aus Anionen- und Kationenaustauschern sowie abschließendem Polisher-Filter.

 

(Quelle: Lanxess/2024)

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