Verfahrensbeschreibung

1. Verfahrensbeschreibung

In der Produktionsanlage 2 wird aus Leitungswasser (H₂O) mittels Elektrolyse Wasserstoff (H₂) sowie als Nebenprodukt Sauerstoff (O₂) hergestellt. Die Produktionsanlage 2 hat eine elektrische Nennleistung von 500 kW und eine maximale Wasserstoffproduktion von 7 kg/h. Die Kernkomponente der Anlage sind zwei PEM (Proton Exchange Membrane) Stacks, in welchen vollentsalztes Wasser in Sauerstoff (Anodenseite) und Wasserstoff (Kathodenseite) unter der Verwendung von elektrischer Energie aufgespalten wird.

Für den Betrieb der Produktionsanlage 2 sind mehreren Komponenten notwendig, welche zur Versorgung der beiden hydraulisch und elektrisch parallel eingebundenen Stacks verwendet werden.
Dem Verfahren vorgeschaltet wird eine Wasseraufbereitung, welche Ionen und andere Verunreinigungen aus dem Leitungswasser der Schnittstelle entfernt und hochreines, vollentsalztes (VE-) Wasser für den Betrieb der Anlage bereitstellt. Hierzu wird das Leitungswasser zunächst mittels eines Ionentauschers enthärtet, anschließend mittels einer Umkehrosmose gereinigt und zuletzt mit einem weiteren Ionentauscher poliert. Hierbei wird der Ionentauscher zur Enthärtung automatisch mit einer Salzlösung regeneriert, das Konzentrat der Umkehrosmose als Abwasser verworfen und der Ionentauscher zur Polierung bei Erschöpfung und dem Überschreiten der maximal zulässigen Leitfähigkeit ausgetauscht.
Das so aufgereinigte Wasser wird dem VE-Wasserkreislslauf zugeführt, welcher über eine redundante Kreiselpumpe und einem Plattenwärmetauscher die Stacks mit VE-Wasser zur Aufspaltung versorgt. Hierbei wird mehr VE-Wasser, als stöchiometrisch notwendig, dem Stack zugeführt, um mit dem überschüssigen VE-Wasser die Stacks gleichzeitig zu kühlen. Die anfallende Wärme wird in einem Wärmetauscher an das Kühlwassersystem des Produktionsstandortes abgeführt. Beim Austritt des überschüssigen VE-Wassers aus dem Stack, hat sich dieses mit dem produzierten Sauerstoff zu einer 2-Phasen-Strömung vermischt, sodass die Strömung zunächst in einen gas-flüssig Separator geleitet wird, bevor das VE-Wasser wieder dem Kreislauf zugeführt wird. Der abgetrennte Sauerstoff wird über eine Leitung abgeblasen.
Auf der Kathodenseite der Stacks, wird der entstehende Wasserstoff zunächst zusammengeführt und ebenfalls einem gas-flüssig Separator zugeführt, um durch die Membran durchgetretenes VE-Wasser abzuscheiden. Der Wasserstoff wird anschließend weiter durch eine elektrische Trocknung aufgereinigt. Als letzter Verfahrensschritt wird der Wasserstoff verdichtet und so an der Produkt-Schnittstelle der Anlage bereitgestellt.

Die Prozessführung der Produktionsanlage 2 ist wasserstoffgeführt, das heißt, es wird stets eine konstante Menge an Wasserstoff produziert. Um dies zu erreichen, wird die Nennleistung der Pumpe aufgrund sich ändernder Effizienz der Stacks über ihre Lebensdauer variiert. Ebenso ist die Regelung der VE-Wasserpumpe Drehzahl geregelt und kann bedarfsgerecht angepasst werden.

Die Anlage ist komplett automatisiert ausgeführt und wird mit einer SPS gesteuert. Alle Funktionen und Alarme werden per Fernüberwachung überwacht. Während des Betriebs ist kein Wartungspersonal notwendig.

Im Normalbetrieb ist die Produktionsanlage 2 für 8000 Volllaststunden pro Jahr und eine Lebensdauer von 20 Jahre ausgelegt. Eine jährliche Revision der Anlage ist hierbei vorgesehen.

Die Anlage ist nach der Maschinenverordnung und harmonisierter Normen ausgelegt und fällt aufgrund ihrer Nennleistung von 500 kW nicht unter das Bundesimmissionsschutzgesetz.