Die Zukunft wird hier Produziert

Die elektrochemische Zersetzung von Wasser bekommt durch die wachsenden Kapazitäten an volatiler, grüner Energieerzeugung einen ganz neuen Stellenwert. Denn mit überschüssigem Strom kann speicherbarer Wasserstoff erzeugt werden. Dieser Prozess gilt bei Verwendung von CO₂-frei erzeugtem Strom, darunter auch Kernenergie, als klimaneutral.

Das Funktionsprinzip ist bei allen Arten von Elektrolyseuren gleich: In eine Elektrolysezelle mit wasserhaltigem Elektrolyten wird Gleichstrom geleitet. An den Elektroden entstehen Wasserstoff und Sauerstoff. Die beiden reaktiven Gase werden innerhalb der Zelle durch eine Membran getrennt, ein unabdingbarer Beitrag zum Explosionsschutz. Weitere Explosionsschutzmaßnahmen unterscheiden sich je nach Typ des Elektrolyseurs. Bei Niederdruck-Elektrolyseuren sind explosionsgefährdete Bereiche weitgehend vermeidbar. Die effizienteren Druckelektrolyseanlagen dagegen erfordern einen höheren Aufwand für den Ex-Schutz. In ihnen herrscht ein Betriebsdruck bis zu 100 bar. Der Bereich von 0,5 m um den Elektrolyseur ist daher mindestens als Zone 2 eingestuft. Hierfür liefert R. STAHL ein breites Portfolio an explosionsgeschützten Systemen und Geräten, von Remote I/O-System über Lösungen für die Zustandsüberwachung und Kühler bis zu hin zu Leuchten.

Die Verdichtung von Gasen spielt bei der Wasserstoff-Herstellung eine große Rolle. So müssen etwa Kohlenwasserstoffe bei der Dampfreformation komprimiert werden, da der Prozess unter erhöhtem Druck abläuft. Aber auch der Wasserstoff selbst wird im Anschluss an die Erzeugung, z. B. auch in Elektrolyseuren, häufig verdichtet, bevor er gespeichert und transportiert wird. In verflüssigter Form kann er in kryogene Behälter gefüllt werden. Auch zur Betankung von Nutzfahrzeugen und PKW wird komprimierter Wasserstoff benötigt.

Sowohl bei der Kompression explosionsfähiger Kohlenwasserstoffe wie Erdgas als auch bei Wasserstoff ist der Explosionsschutz zu gewährleisten. Hierfür bringt R. STAHL breite Kompetenz ein, nicht nur aus unzähligen Projekten in der Öl- und Gasindustrie. Als Systempartner für den Explosionsschutz unterstützte R. STAHL den spanischen Hochdruckexperten Hiperbaric, der eine neuartige Wasserstoff-Kompressionstechnologie entwickelte. Neben seiner Expertise steuerte R. STAHL unter anderem ATEX-Steuertafeln für Zone 1 und ein HMI-Bedienfeld für Zone 2 bei. Die Sicherheit der Hochdruck-Wasserstofftechnologie, die bis zu 900 bar erreicht, wird zudem mithilfe eines Belüftungssystems sowie diverser Messgeräte zur Erkennung von Lecks gewährleistet. 

Das derzeit noch verbreitetste Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff ist die Dampfreformierung. Eingesetzt wird meist Erdgas, aber auch Biogas oder Leichtbenzin. Der Ausgangsstoff reagiert unter hohem Druck und bei hohen Temperaturen mit Wasser zu Synthesegas, einer Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Letzteres kann weiter mit Wasserdampf zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt werden. Auch feste Biomasse ist ein mögliches Ausgangsprodukt. Dann werden jedoch überkritisches Wasser sowie ein spezieller Katalysator benötigt.

Wasserstoff lässt sich zudem mithilfe eines Methanol-Reformers erzeugen. In ihm reagiert ein überhitztes Methanol-Wasserdampf-Gemisch unter Druck zu Kohlendioxid und Wasser. Wird hierzu ein Rohrreaktor eingesetzt, trennt man den Wasserstoff in einem weiteren Apparat über eine Membran ab. In einem Membranreaktor dagegen befindet sich die wasserstoffpermeable Membran direkt an der Reaktorwand. Methanol-Reformer gelten u. a. als mögliche Komponente eines Pkw-Wasserstoffantriebs.

Es versteht sich von selbst, dass diese Verfahren – wie jeder Prozess mit hochexplosiven, brennbaren Gasen – höchste Anforderungen an den Explosionsschutz stellen. Nutzen Sie das Wissen und das umfassende gerätetechnische Portfolio des Ex-Schutz-Experten R. STAHL, um höchste Sicherheit zu gewährleisten.

Die Herstellung von Wasserstoff gelingt mit hoher Effizienz, wenn für Haupt- und Nebenprozesse hochwertige Steuerungen eingesetzt werden und die Anlagenfahrer mit zuverlässigen Bedien- und Beobachtungssystemen unterstützt werden. Sowohl für den Elektrolyseur selbst als auch für Pumpen, Kompressoren und Ventile eignen sich explosionsgeschützte Steuerungs- und Verteileranlagen, die mit großer Sorgfalt geplant und gefertigt werden müssen. Im Zentrum steht das Remote I/O-System IS1+, das sich für Zone 1 und Zone 2 eignet. Es kann sowohl in Steuerschränken für SPS als auch in Sicherheitssystemen und Basic Protection Control Systemen eingesetzt werden. Ergänzt werden diese durch ein breites Angebot an ex-geschützten HMIs, darunter Bedienstationen und Fronteinbaugeräte für jeden Einsatzfall.
Bei der Analytik der Gase unterstützt Sie R. STAHL zusammen mit einem Partner mit geeigneten Prozessanalysekühlern. Neben der Produktqualität hat aber auch die Prozessqualität einen hohen Stellenwert. Mit dem genannten Remote I/O-System und einer Vibrationsüberwachung behalten Sie den Zustand Ihrer Anlage im Blick. So können Sie eine vorausschauende Instandhaltung realisieren und ungeplante Stillstandzeiten minimieren.