Elektrolyse: Eine (neue) Technik im Fokus

Die Entdeckung der Elektrolyse als Prozess zur chemischen Trennung von Verbindungen mit elektrischem Strom geht auf das frühe 19. Jahrhundert zurück. Im Jahr 1800 entdeckte der britische Chemiker William Nicholson, dass Wasser durch Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten werden kann. Später im Jahr 1808 bestätigte der britische Chemiker Humphry Davy diese Entdeckung und führte weitere Experimente durch, um andere Verbindungen wie Natrium und Kalium zu isolieren.

In den folgenden Jahren wurden Elektrolyseure weiterentwickelt und verbessert, insbesondere in der Industrie. Im späten 19. Jahrhundert wurde die Elektrolyse zur Herstellung von Aluminium, Kupfer und anderen Metallen eingesetzt. In den 1920er Jahren wurde die Elektrolyse auch zur Herstellung von Chlor und anderen Chemikalien verwendet.

Elektrolyseure sind Geräte, die Elektrolyse verwenden, um chemische Reaktionen zu erzeugen, bei denen eine elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt wird. Elektrolyseure werden häufig zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasser oder zur Umwandlung von Kohlendioxid in andere Chemikalien wie Methan oder Ethylen verwendet. Sie spielen auch eine wichtige Rolle in der Energiespeicherung und der Umwandlung von erneuerbaren Energien.

Der Elektrolyseprozess findet in einer Zelle statt, die aus zwei Elektroden besteht, die in eine Elektrolytlösung getaucht sind. Eine elektrische Spannung wird an die Elektroden angelegt, wodurch der Elektrolyseprozess ausgelöst wird. Wenn Wasser als Elektrolytlösung verwendet wird, wird Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Der Sauerstoff wird an der positiven Elektrode (Anode) freigesetzt, während der Wasserstoff an der negativen Elektrode (Kathode) freigesetzt wird.

Es gibt verschiedene Arten von Elektrolyseuren, einschließlich alkalischer Elektrolyseure und Polymer-Elektrolyt-Membran-Elektrolyseure (PEM). Alkalische Elektrolyseure verwenden eine alkalische Lösung als Elektrolyt, während PEM-Elektrolyseure eine Polymermembran als Elektrolyt verwenden, um eine hohe Effizienz und selektive Freisetzung von Wasserstoff zu gewährleisten.

Die Verwendung von Elektrolyseuren hat mehrere Vorteile. Da Elektrolyseure elektrische Energie in chemische Energie umwandeln können, können sie erneuerbare Energien wie Wind- und Solarenergie zur Wasserstoffproduktion nutzen, was zur Verringerung der Kohlenstoffemissionen beitragen kann. Elektrolyseure können auch zur Speicherung von Energie genutzt werden, indem sie überschüssige Energie speichern und bei Bedarf wieder freisetzen können. Darüber hinaus können sie zur Herstellung von Brennstoffzellen verwendet werden, die eine effiziente Möglichkeit zur Umwandlung von Wasserstoff in Elektrizität darstellen.

Welche Materialien verwendet man zum Bau von Elektrolyseuren?

Die Materialien, die zur Herstellung von Elektrolyseuren verwendet werden, hängen von der Art des Elektrolyseurs und den Anforderungen der Anwendung ab. Einige der häufig verwendeten Materialien sind:

• Elektroden: Die Elektroden in Elektrolyseuren bestehen in der Regel aus leitfähigen Materialien wie Kohlenstoff, Edelmetallen wie Platin oder Palladium oder Nickellegierungen.
• Elektrolyt: Der Elektrolyt in Elektrolyseuren kann eine wässrige Lösung wie Natronlauge (Natriumhydroxid) oder Kalilauge (Kaliumhydroxid) oder eine Polymermembran sein, die Protonenleitfähigkeit aufweist.
• Behälter: Der Behälter des Elektrolyseurs kann aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, wie z.B. Edelstahl, Kunststoff oder Glas.
• Dichtungen: Die Dichtungen, die den Elektrolyten innerhalb des Elektrolyseurs halten, bestehen häufig aus Polymermaterialien wie z.B. Polyvinylchlorid (PVC) oder Polytetrafluorethylen (PTFE).
• Stromversorgung: Die Stromversorgung des Elektrolyseurs umfasst in der Regel Kabel, Stecker und Schaltkreise, die aus Materialien wie Kupfer, Aluminium und Silizium hergestellt werden.

Es ist wichtig, Materialien auszuwählen, die den Anforderungen der Anwendung entsprechen, wie z.B. der chemischen Zusammensetzung des Elektrolyten und der Stromstärke, die erforderlich ist, um die gewünschte Reaktion durchzuführen. Einige Elektrolyseure erfordern auch Materialien, die korrosionsbeständig sind oder spezielle Beschichtungen aufweisen, um das Auftreten unerwünschter Reaktionen zu verhindern.

In den letzten Jahren haben Fortschritte in der Technologie die Entwicklung von Elektrolyseuren vorangetrieben und sie zu wichtigen Werkzeugen in der Energiewirtschaft gemacht. Insbesondere werden Elektrolyseure zur Herstellung von Wasserstoff als Energieträger eingesetzt, der in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung verwendet werden kann oder als Rohstoff für die chemische Industrie dienen kann. Elektrolyseure spielen auch eine wichtige Rolle in der Energiespeicherung und der Umwandlung von erneuerbaren Energien wie Wind- und Solarenergie.

Insgesamt sind Elektrolyseure wichtige Werkzeuge zur Umwandlung von elektrischer Energie in chemische Energie und zur Förderung der Energiespeicherung und -umwandlung. Mit der Weiterentwicklung der Technologie werden Elektrolyseure voraussichtlich eine zunehmend wichtige Rolle in der Energiewirtschaft spielen.