Alkalische Hochdruckelektrolyse

Seit 2009 arbeitet die H2-Gruppe in Zusammenarbeit mit ITBA aus Argentinien an der Konzeption und Entwicklung eines Hochdruckelektrolyseurs. Der Hauptvorteil der Wasserstoffsynthetisierung bei hohem Druck ist die Vereinfachung des Systems durch den Verzicht auf eine nachträgliche mechanische Verdichtung, die das kritischste und teuerste Element an Wasserstofftankstellen ist. Dies wirkt sich auch positiv auf die Gesamteffizienz und die Kompaktheit der Anlage aus und ermöglicht eine höhere Flexibilität und Robustheit gegenüber schwankenden Energiezufuhren.

Innerhalb dieses Projekts gibt es zwei definierte Zweige, wobei der individuelle Fortschritt in einem Zweig die Verfeinerung der Ergebnisse des anderen ermöglicht.

Der experimentelle Zweig des Projekts zielt derzeit auf die Optimierung der H2-Löslichkeit ab, mit folgenden Zielen:

• Erzeugung von einzelnen Blasen an Nadelelektroden
• Beobachtung der korrekten Blasenbildung, des Wachstums, der Ablösung und der Interaktion mit der freien Oberfläche
• Gleichzeitige Bildung von H2 und O2 Blasen.

Prototypen mit 200 bar und 350 bar wurden erfolgreich bei Partnern in Argentinien betrieben, die auch eine Testkammer für die Fortsetzung der Experimente zur Verfügung stellen werden.

Der theoretische Teil des Projekts zielt auf die Entwicklung eines numerischen Werkzeugs für die Simulation der Blasenströmung im Elektrolyseur. Ein selbst entwickelter Code, der in OpenFOAM implementiert ist, wird in den folgenden Ansatz für eine Zweiphasenströmung eingebettet:

• Modellierung der Blasenbildung an der Elektrodenoberfläche in Abhängigkeit von der Übersättigung des gelösten Wasserstoffs
• Blasenablösung basierend auf einem Kräftegleichgewicht mit einer stochastischen Störung
• Transport der dispergierten Phase mit einem Euler-Euler-Ansatz
• Koaleszenz/Zerfall von Blasen mit der Grenzflächen-Transportgleichung