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06
'26
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Refraktometrie verbessert Elektrolyse-Entwicklung
Vaisala unterstützt mit Inline-Refraktometern ein deutsches Projekt zur Optimierung alkalischer Elektrolyseure für die Öko-Wasserstoffproduktion.
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Ein Ingenieurkonsortium in Deutschland entwickelt einen Prüfstand für alkalische Elektrolyseure, um die Effizienz und Lebensdauer von Systemen zur Wasserstoffproduktion zu verbessern. Eine zentrale Rolle spielt dabei die präzise Überwachung des Elektrolyten mithilfe von Inline-Refraktometern von Vaisala.
Kontext: Anforderungen an Öko-Wasserstoff
Die Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse mit erneuerbaren Energien gilt als Schlüsseltechnologie zur Dekarbonisierung. Gleichzeitig stellt die Prozessstabilität von Elektrolyseuren eine technische Herausforderung dar.
Insbesondere die Eigenschaften des Elektrolyten beeinflussen die Zellspannung, Reaktionskinetik und Alterung der Komponenten. In alkalischen Elektrolyseuren wird typischerweise eine Kaliumhydroxid-Lösung (KOH) mit Konzentrationen von 15 bis 30 % eingesetzt, die hohe Anforderungen an Materialbeständigkeit und Messtechnik stellt.
Projektziele und Partner
Das Projekt, gestartet im Jahr 2023 und geplant bis Mitte 2026, verfolgt mehrere Ziele:
- Entwicklung eines vollautomatisierten Prüfstands für Elektrolysestapel
- Entwicklung langlebiger Elektrodenbeschichtungen mit einer Ziellebensdauer von über 80.000 Stunden
- Bewertung von Prototypen unter realistischen Betriebsbedingungen
Beteiligt sind unter anderem iChemAnalytics GmbH, Dr.-Ing. Max Schlötter GmbH & Co. KG sowie WHW Hillebrand.
Herausforderung: Präzise Messung der Elektrolytkonzentration
Während des Betriebs verändert sich die KOH-Konzentration auf beiden Seiten der Membran kontinuierlich. Diese Änderungen wirken sich direkt auf Effizienz, Materialbelastung und Lebensdauer der Elektrolysezellen aus.
Konventionelle Laboranalysen sind für diese Anwendung ungeeignet, da sie keine kontinuierliche Prozessüberwachung ermöglichen. Gefordert ist eine Inline-Messlösung, die unter aggressiven Bedingungen – bis zu 30 % KOH, Temperaturen bis 80 °C und Drücken bis 5 bar – zuverlässig arbeitet.
Technische Lösung: Inline-Refraktometrie
Das Projektteam entschied sich für Inline-Refraktometer vom Typ PR53AC. Diese messen den Brechungsindex des Mediums, der direkt mit der KOH-Konzentration korreliert.
Zwei Sensoren wurden im Prüfstand installiert, um die Konzentration auf beiden Seiten der Membran in Echtzeit zu erfassen. Die Geräte liefern kontinuierliche Messdaten und können direkt in die Prozesssteuerung integriert werden.
Ein wesentlicher Vorteil der Refraktometrie ist ihre Unempfindlichkeit gegenüber Partikeln, Gasblasen oder Verfärbungen. Zudem ermöglicht eine automatische Prismareinigung einen stabilen Betrieb auch bei Verschmutzungen.
Integration und Betrieb
Die Sensoren wurden werksseitig kalibriert geliefert und konnten ohne umfangreiche Anpassungen in die Steuerung integriert werden. Die Ausgabe der Messwerte erfolgt über standardisierte Schnittstellen (4–20 mA), was eine einfache Einbindung in bestehende Automatisierungssysteme ermöglicht.
Die Unterstützung durch den Systempartner erleichterte zudem die mechanische Integration und Validierung der Technologie im Prüfstand.
Ergebnisse und Projektfortschritt
Der Einsatz der Refraktometer ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung und Steuerung der Elektrolytbedingungen. Dadurch können Belastungstests für Elektrodenbeschichtungen unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt werden.
Erste Ergebnisse zeigen eine verbesserte Bewertung neuer Materialien und liefern belastbare Daten für die Weiterentwicklung effizienter Elektrolyseursysteme.
Fazit: Messtechnik als Schlüssel für effiziente Elektrolyse
Die Integration von Inline-Refraktometrie in den Prüfstand zeigt, wie präzise Prozessdaten zur Optimierung von Elektrolyseuren beitragen. Die kontinuierliche Überwachung der Elektrolytkonzentration unterstützt die Entwicklung langlebiger Komponenten und verbessert die Effizienz von Systemen zur Erzeugung von Öko-Wasserstoff.
Bearbeitet von einem Industriejournalisten, Lekshman Ramdas, mit Unterstützung von KI.
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Herausforderung: Präzise Messung der Elektrolytkonzentration
Während des Betriebs verändert sich die KOH-Konzentration auf beiden Seiten der Membran kontinuierlich. Diese Änderungen wirken sich direkt auf Effizienz, Materialbelastung und Lebensdauer der Elektrolysezellen aus.
Konventionelle Laboranalysen sind für diese Anwendung ungeeignet, da sie keine kontinuierliche Prozessüberwachung ermöglichen. Gefordert ist eine Inline-Messlösung, die unter aggressiven Bedingungen – bis zu 30 % KOH, Temperaturen bis 80 °C und Drücken bis 5 bar – zuverlässig arbeitet.
Technische Lösung: Inline-Refraktometrie
Das Projektteam entschied sich für Inline-Refraktometer vom Typ PR53AC. Diese messen den Brechungsindex des Mediums, der direkt mit der KOH-Konzentration korreliert.
Zwei Sensoren wurden im Prüfstand installiert, um die Konzentration auf beiden Seiten der Membran in Echtzeit zu erfassen. Die Geräte liefern kontinuierliche Messdaten und können direkt in die Prozesssteuerung integriert werden.
Ein wesentlicher Vorteil der Refraktometrie ist ihre Unempfindlichkeit gegenüber Partikeln, Gasblasen oder Verfärbungen. Zudem ermöglicht eine automatische Prismareinigung einen stabilen Betrieb auch bei Verschmutzungen.
Integration und Betrieb
Die Sensoren wurden werksseitig kalibriert geliefert und konnten ohne umfangreiche Anpassungen in die Steuerung integriert werden. Die Ausgabe der Messwerte erfolgt über standardisierte Schnittstellen (4–20 mA), was eine einfache Einbindung in bestehende Automatisierungssysteme ermöglicht.
Die Unterstützung durch den Systempartner erleichterte zudem die mechanische Integration und Validierung der Technologie im Prüfstand.
Ergebnisse und Projektfortschritt
Der Einsatz der Refraktometer ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung und Steuerung der Elektrolytbedingungen. Dadurch können Belastungstests für Elektrodenbeschichtungen unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt werden.
Erste Ergebnisse zeigen eine verbesserte Bewertung neuer Materialien und liefern belastbare Daten für die Weiterentwicklung effizienter Elektrolyseursysteme.
Fazit: Messtechnik als Schlüssel für effiziente Elektrolyse
Die Integration von Inline-Refraktometrie in den Prüfstand zeigt, wie präzise Prozessdaten zur Optimierung von Elektrolyseuren beitragen. Die kontinuierliche Überwachung der Elektrolytkonzentration unterstützt die Entwicklung langlebiger Komponenten und verbessert die Effizienz von Systemen zur Erzeugung von Öko-Wasserstoff.
Bearbeitet von einem Industriejournalisten, Lekshman Ramdas, mit Unterstützung von KI.
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