Unter Wasser Elektrolysen Versteht man Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mit Hilfe Eines elektrischen Strom. Die Wichtigste anwendung of this Elektrolysen sind Gewinnung von Wasserstoff sterben, die bisher nur technischen genutzt Werden allerdings, , ideal für günstige elektrische Energie zur verfügung STAND fällt , dass andere eine andere Herstellungsmethoden günstiger Ist, z. B. ausgehend von Erdgas, Kohle oder Erdöl. If this Rohstoffe und knapp Energieträger waren, die Könnte Elektrolyse Wasser im Rahmen der Wasserstoffwirtschaft der Wasserstoff als Energieträger Nutzt, bedeutsam waren.
Durch den der Starken Ausbau Erneuerbaren Energien erhält die Wasser – Elektrolyse Mittel- bis langfristig Herstellungsverfahren von bedeutung als SOG. EE Gas ; ein Prozess, wie das Power-to-Gas bezeichnet Wird. Mit Wasserstoff als Energiespeicher, die Verstetigung aus der Stromerzeugung Erneuerbaren Energien Wurde, insbesondere bei Windkraft und Photovoltaik , Gefördert, INDEM Erzeugungsspitzen von Wind und Solarstrom chemische zwischengespeichert Infos finden waren. Der erzeugte Wasserstoff Kann für chemische Prozesse genutzt oder direkt oder nach anschließender Methanisierung als Methan DEM Erdgasnetzzugeführt waren. Anschließend gibt Steht für verschiedene Anwendungszwecke , die zB für Rohstoff wie der chemischen Industrie, wie Antriebsenergie von und Fahrzeugen oder Flugzeugen für Rückverstromung in sterben Gaskraftwerken zur verfügung.
Die Wäscheelektrolyse ist auch als Demonstrationsversuch bedeutend; Wird dabei der oft Hofman Sche Wasserzersetzungsapparat genutzt. Eine weitere Anwendung der Wasserelektrolyse ist die Anreicherung von Deuterium . Ferner ist die Wäscherei Elektrolyse die leistungsstärkste Nebenreaktion, die technisch Elektrolysen, z. B. der Chloralkali-Elektrolyse .
Reaktionen und ihre Gleichheiten
Die Elektrolyse von Wasser besteht aus zwei Teilreaktionen, die die beiden Elektroden (Cathoden- und Anodenräumen) ablaufen. Das Gesamt- Reaktionsschema dieser Redoxreaktion lautete:
- {\ Anzeigeart \ mathrm {2 \ H_ {2} O (l) \ _ {\ auf der rechten Pfeil {\ rm {Electrolysis}}} \ 2 \ H_ {2} (g) + O_ {2} (g)} \ qquad \ Delta H ^ {0} = \ mathrm {571,8 \ kJ / mol}} (dh T = 298 K, p = 1,013 × 10 ^ 5 Pa)
- Wasser Wird Durch elektrischen Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten.
Die Elektroden in Wasser, durch die Zugabe von etwas Säure , fördert Schwefelsäure , wenn Lauge besser gelehrt wird. Großtechnische, wirtschaftliche Anwendungen fehlen noch. Bei der Wasserelektrolyse wird eine hochkonzentrierte wässrige KOH-Lösung verwöhnt.
Positiv geladene Oxonium- Ionen (H 3 O + ) Wand-zu-Wand elektrisch Feld zu der negativ belasteten Elektrode ( Kathode ), wo sie je ein Elektron aufnehmen. Dabei sollte Wasserstoff-Atom, das sich mit einem, durch Reduction verbundenen H-Atom zu einem Wasserstoffmolekül. Übrig bleiben Wassermoküle.
Kathodenintervall : 4 H 3 O + + 4 e – → 2 H 2 + 4 H 2 O oder auch: 4 H 2 O + 4 e – → 2 H 2 + 4 OH –
Der abgetötete, gasbefeuerte Wasserstoff geht auf die Kathode, wird dabei aber den Kathodenraum zugrunde legen.
Das Negativität geladenen Hydroxid-Anionen wandern zur positiven Anode – soweit stirbt nicht Durch Teilung von und Anodenelektroden Kathodenraum oder den Einsatz von Leitsalzen Ionenaustauschern verhindert oder Wird sterben – Wobei mit sich negativ Hydroxidionen Proton Entsäuerung zu Wasser oder sich an der Anode unter Elektronenabgabe zu Sauerstoff umwandeln.
Anode: 4 OH – → O 2 + 2 H 2 O + 4 e – oder auch: 6 H 2 O → O 2 + 4 H 3 O + + 4 e –
Auch hier steht die Abtei Sauerstoff als Gas an der Anode auf, gleich wird der Anodenraum saurer. Die verwickelten Protonen wandern in Kathode – analog zu Vorgängen im Kathodenraum.
Die Gesamtreaktionsgleichung der Elektrolyse von Wasserlaut (Zusatz der Kathoden- und Anodenraum-Gleichungen):
4 H 3 O + + 4 OH – → 2 H 2 + O 2 + 6 H 2 O
Die von der Seite Seitenenden Hydronium (neuer: „Oxonium“) und Hydroxid- Iine verwendeten Impfstämme der Autoprotolyse des Wassers:
8 H 2 O → 4 H 3 O + + 4 OH –
Man kann schreiben Elektrolysegleichung hierher auch folgendenmaßen:
8 H 2 O → 2 H 2 + O 2 + 6 H 2 O
BZW. als unabhängige Reaktion:
2 H 2 O → 2 H 2 + O 2
Technische Wäscherei Elektrolyse
Das energetischen mit Wirkungsgrad der von Wasser – Elektrolyse lag bei über 70%. Mehrere Anlagenhersteller (B. Electrolyser Corp., Brown Boveri, Lurgi, De Nora, Epoch Energy Technology Corp.) Rote Bete Elektrolysegeräte mit einem noch höheren Wirkungsgrad – über 80% – an. Da sterben Elektrolytkonzentration und Temperatur Einer Grossen Elektrolytlösung einfluss auf den Zellwiderstand und SOMIT Auf die Energiekosten HaBen sterben Wird bei Neueren Anlagen Eine 25- bis 30-prozentige Kaliumhydroxid -Lösung used, die Temperatur liegt bei ca. 70-90 ° C Der Strom Dense liegt bei ca. 0,15-0,5 A / cm 2 , der Spannung bei ca. 1,90 V. Zur herstellung von 1 m 3 Wasserstoff (bei Normaldruck) wären moderne Anlagen eine elektrische Energie von 4,3-4,9 kWh benötigt. Ein großer Druckelektrolyseur von Lurgi Hut Eine Leistung von 760 m 3 / h Wasserstoff bei ca. 3,5 MW (Stackleistung) [1] und ca. 4,5 MW Eingangsleistung (Wechselspannung). Durch Elektrokatalysatoren (B. bei Cathodes z Ni-Co-Zn, Ni-Mo, bei Anoden :. Nickel-Lanthan-Perowskit, Nickel-Cobalt-Spinell) Kann die Überspannung um ca. 80 mV gesenkt waren.
Sie sind auch verantwortlich für die Destillation von Wasser durch Elektrolyse. Im Falle der SPE-Wasserstoffelektrolyse wurde eine protonenbeladene Nafionmembran verwendet. Dass dünne Elektroden durchbrochenen befinden sich auf der Oberflächenschicht ( englisch Nullücke , abstandsfreie Zelle Geometrie) der Membran. Wenn Elektrodenwerkstoff z can. B. Rutheniumoxidhydrate (Anode) oder Platin (Kathode) waren used. Die SPE-Elektrolyse wird sich im Markt bei Kleinelektrolyseuren durchsetzen. [2]
Aktuell Wird Auch an der Hochtemperatur-Wasserdampf-Elektrolyse (bei 800 bis 1000 ° C), eine Fest Electrolytes geforscht. Wenn Fest Electrolyte Wird üblicherweise Yttrium Stabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ) used. Alternativ Kann Auch Sc dotierten Ca- oder ZrO 2 , Gd, Sm-oder dotierte CeO 2 oder mit Auch Elektrolyte Perowskit-Struktur (z B. auf Basis von Lagao. 3 ; dotiert mit Sr und / oder Mg) wurden used. [3] Durch Die erhöhte Betriebstemperatur Lässt sich im thermoneutralen Betriebspunkt die Spannung auf 1,30 V Senken Benötigte, die nahe Strom bei 0,4 A / cm betrug 2 . [4]Die Firma Sunfire hat eine Hochtemperatur- Wasserdampf-Elektrolyse – System basierend auf Elektrolyte Fest mit Einer Leistung von 150 kW Eingangsleistung ausgeliefert. [5] Der elektrische mit Wirkungsgrad (bezogen auf den Heizwert ) liegt bei der Hochtemperatur-Wasserdampf-Elektrolysen bei Deutlich über 80% BZW. Spezifische elektrisch Energiebedarf bei 3,5-3,7 kWh / m³.
Der Elektro mit Wirkungsgrad ist insbesondere bei der nutzung von Wasserstoff als saisonaler Energiespeicher wichtig, dem sogenannten Power-to-Gas -Technik. Wird dabei Elektrolysewasserstoff (BZW. nach Einer GGF nachgeschalteten Methanisierung Methan ) genutzt, um als Speicher , die schwankende Erzeugung einge Mancher regenerativer Energiequellen auszugleichen und DAMIT Eine stabile Stromversorgung zu Motivation und andere Mentalität. Die Rückverstromung finden Sie bei Art und Weise stattfinden; ua can Gaskraftwerke , Blockheizkraftwerke oder Brennstoffzellen genutzt waren. Dass das Power-to-Gas – Technologie Durch das Gesetz Niedrigen mit Wirkungsgradvon Energiekette Strom => Wasserstoff / Methan => Strom mit rechts Hohe Energi überhaupt behaftet ist Delights, war wiederum zu Einem Mehrbedarf einer Windkraft- und Photovoltaikanlagen Führten, soll ein zukünftiges Energiesystem jedoch so ausgelegt sein, that nur einen kleinen Langfristspeicherbedarf Besteht, für den den Strom -zu-Gas Technology benötigt Wird. [6]
Nebenreaktionen [7]
- Bildung von Ozon
- Ein Glatte Platinum Noden kam es in gekühltem (welche Ozonzersetzung ist Dann weniger), stark Sauren Lösungen bei Hohen Strom zu Einer erheblichen Close Ozone Bildung. Im Basis chen Umwelt ist Bildung Ozon weniger sterben, ein Nickelanoden BLEIBT sogar Völlig sie aus.
- Überlagert man den Gleichstrom eines Wechselstroms, so folgt die Ozonbildung bei deutlich reduzieren.
- Bei der Elektrolyse von Schwefelsäure mit einer Mindestdichte von 1,488 g / cm 3 , einem Minimum von 0,75 A / cm 2 und einem Mindestgewicht von 4,5 A / cm 2 oder 37% Ozon.
- Bildung von Wasserstoffperoxid
- Wasserstoffperoxid kann sich vom Kathodeboden vorwärts bewegen.
- Bei sehr guten Gems Currents (unter 0,001 A / cm 2 ) in einem Magensaft ist die Wasserstoffperoxidbildung ein Quecksilberkathodensogar schnell quantitativ. Nach diesem Verfahren werden 0,3-prozentige Wasserstoffperoxidlösungen wiedergewonnen, wenn Kathoden- und Anodenraum durch ein Diaphragma getrennt sind.
Siehe auch
- Elektrolyseur
- Liste der Wasserstofftechnologien
Literatur
- Michael Sterner , Ingo Stadler (Hrsg.): Energiespeicher. Bedarf, Technologien, Integration. 2. Auflage, Berlin Heidelberg 2017, ISBN 978-3-662-48893-5 .
Weblinks
Einzelstunden
- Hochspringen↑ ELT: Druckelektrolyseur Basierend auf dem LURGI System
- Hochspringen↑ Carl Jochen Winter , Joachim Nitsch : Wasserstoff als Energieträger: Technik und Systeme. Springer Verlag, 1986.
- Hochspringen↑ Singhal, Subhash C .; Kendall, Kevin (Hrsg.): Hochtemperatur-Festoxidbrennstoffzellen: Grundlagen, Design und Anwendungen . 2003.
- Hochspringen↑ Gerd Sandstede: Möglichkeiten zur Wasserstoff-Erzeugung mit reduzierter Kohlendioxid-Emission für zukünftige Energiesysteme. In: Chem.-Ing.-Tech. Band 63, Nummer 6, 1993, S. 586-589, VCH-Verlagsgesellschaft Weinheim.
- Hochspringen↑ Sunfire liebt weltgrößte kommerzielle reversible Elektrolyse (RSOC)
- Hochspringen↑ Günther Brauner: Energiesystem: regenerativ und dezentral. Strategien für die Energiewende . Wiesbaden 2016, S. 89.
- Hochspringen↑ Fritz Foerster: Elektrochemie wässriger Lösungen. Verlag von Johann Ambosius Barth, 1915, S. 206ff.
