Meerwasser als duale Ressource: Effiziente Gewinnung von Wasserstoff und Frischwasser durch gekoppelte Verfahren
Die Problematik der Meerwasserelektrolyse
Meerwasser stellt eine nahezu unerschöpfliche Ressource dar, die für die Produktion von grünem Wasserstoff genutzt werden könnte. Allerdings birgt die direkte Elektrolyse von Meerwasser erhebliche Herausforderungen. Die im Wasser gelösten Salze führen zu Korrosion und unerwünschten Nebenreaktionen, die die Stabilität und Lebensdauer der Elektroden beeinträchtigen. Bisherige Lösungsansätze sahen eine vorgeschaltete Entsalzung vor, die jedoch zusätzliche Energie und Infrastruktur erfordert und damit die Effizienz des Gesamtprozesses mindert.
Ein innovatives Kopplungsverfahren
Forscher des Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) haben ein neuartiges Verfahren entwickelt, das diese Probleme adressiert. Das System verbindet die alkalische Elektrolyse mit einer Vakuumdestillation bei niedrigen Temperaturen. Die bei der Elektrolyse entstehende Abwärme wird genutzt, um das Meerwasser zu destillieren und so zu entsalzen. Dieses gekoppelte Verfahren, bezeichnet als STHW (Seawater to Hydrogen and Fresh Water), ermöglicht es, zwei Prozessschritte in einem System zu vereinen und die Energieeffizienz deutlich zu steigern.
Pilotanlagen und Effizienzgewinne
In einer ersten Pilotanlage mit einer Leistung von 20 Kilowatt wurde das System erfolgreich getestet. Die Anlage produzierte 3,8 Normkubikmeter Wasserstoff pro Stunde und zusätzlich 1,2 Kilogramm Frischwasser pro Stunde. Besonders bemerkenswert ist die stabile Laufzeit von 100 Tagen ohne nennenswerte Leistungseinbußen. Bei einer Hochskalierung auf 250 Kilowatt stieg die elektrische Systemeffizienz um 14,4 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen alkalischen Elektrolyseuren, die mit bereits entsalztem Frischwasser betrieben werden. Dieser Effizienzgewinn resultiert aus der Nutzung der Abwärme, die in konventionellen Systemen ungenutzt bleibt.
Wirtschaftliche und ökologische Vorteile
Das STHW-Verfahren bietet nicht nur technische, sondern auch wirtschaftliche und ökologische Vorteile. Durch die Kopplung der Prozessschritte wird der zusätzliche Energiebedarf für die Entsalzung minimiert. Zudem entsteht ein Überschuss an Frischwasser, das als eigenständiges Produkt genutzt werden kann. Die bei der Destillation anfallende konzentrierte Salzlösung könnte zudem für die Rückgewinnung von Rohstoffen wie Magnesium oder Lithium genutzt werden. Eine technoökonomische Analyse der Forscher deutet darauf hin, dass das gekoppelte System kostengünstiger sein könnte als herkömmliche Verfahren, bei denen Entsalzung und Elektrolyse separat durchgeführt werden.
Perspektiven und Herausforderungen
Die Studie zeigt, dass das STHW-Verfahren im Pilotmaßstab technisch machbar und effizient ist. Allerdings steht der Nachweis der Wirtschaftlichkeit und Stabilität im kommerziellen Dauerbetrieb noch aus. Die Forscher betonen, dass weitere Skalierungsexperimente notwendig sind, um das Potenzial des Verfahrens vollständig zu erschließen. Sollte sich das System bewähren, könnte es einen bedeutenden Beitrag zur nachhaltigen Wasserstoffproduktion leisten und gleichzeitig die Frischwasserknappheit in Küstenregionen lindern.
