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FAQs Wasserstoff | TÜV Rheinland

Fragen und Antworten entlang der Wasserstoff-Wertschöpfungskette

Sie haben Fragen rund um die Produktion, Speicherung oder Verwendung von Wasserstoff?

Unsere Experten haben die Antworten. Nachfolgend haben wir die uns häufigsten gestellten Fragen beantwortet.

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Muss das Meerwasser vor der Durchführung des Elektrolyseprozesses entsalzt werden?

Ja, das Meerwasser muss vorher entsalzt werden, da nicht nur Salze, sondern auch weitere Mineralien und Verunreinigungen im Wasser enthalten sind. Bisher ist für jede Elektrolyseanlage eine technologiebezogene Wasseraufbereitung notwendig. Hier gibt es keine Ausnahmen.

Ist eine Wiederverwendung des bereits genutzten Wassers technisch möglich?

Während des Elektrolyseprozesses wird Wasser (H2O) durch das Anlegen einer elektrischen Spannung im Elektrolyseur in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O) aufgespalten. Eine „Wiederverwendung“ kann nur dann erfolgen, wenn eine Rückverstromung z.B. über eine Brennstoffzelle vorgenommen wird und das Reaktionsprodukt „Wasser“ vor Ort gesammelt wird. In diesem Fall könnte hochreines Wasser nach der Reaktion abgetrennt und dem Elektrolyseprozess wieder zugeführt werden.

Ist bei der Alkalischen Elektrolyse (AEL) ein Kaltstart möglich?

Die Alkalische Elektrolyse ist ein industriell etabliertes Verfahren zur Wasserstoffherstellung, das kaltstartfähig ist. Jedoch muss zu Beginn des Elektrolyseprozesses meist eine Spülphase zur Beseitigung von Gasverunreinigungen durchgeführt werden. Die Dauer ist anlagenbezogen sehr unterschiedlich und kann mehrere Minuten betragen.

Mit welcher Temperatur wird die Alkalische Elektrolyse betrieben?

Die Betriebstemperatur liegt meist zwischen 70 bis 80 °C.

Bei welcher Last ist die Leistung des Elektrolyseurs am höchsten?

Hier gibt es keine pauschale Antwort, da die Produktionsleistung je nach Anlage variiert. Generell ist jedoch festzustellen, dass bei einer Anlage, die auf Betriebstemperatur läuft, der elektrische Wirkungsgrad im unteren Teillastbereich sehr hoch ist. Unter Volllast wiederum ist die Produktionsleistung am höchsten. Zeitgleich steigen hierbei jedoch auch die elektrischen Verluste in Form von Abwärme an und senken somit die elektrische Effizienz.

Ist der Betrieb im Teillastbereich effizienter?

Ja. Jedoch stehen einer guten Effizienz auf dem Papier die vorhandenen Investitions- und Betriebskosten mit einer geringeren Produktionsleistung gegenüber.

Wie viel Wasser wird für die Speicherung von Energie benötigt? (Beispielrechnung)

Rein stöchiometrisch wird je erzeugtem Normkubikmeter Wasserstoff 0,8 Liter aufbereitetes Wasser benötigt. Da konventionelle Aufbereitungsanlagen, angeschlossen am Trinkwassernetz, meist einen Wirkungsgrad von ca. 50% aufweisen, wird somit 1,6 Liter Rohwasser ab Leitungswasserschnittstelle benötigt. Je nach Ausgangsqualität des Rohwassers kann der Bedarf jedoch auch noch steigen.

Welche Wasserstoffreinheit kann bei der PEM-Elektrolyse im Vergleich zur Alkalischen Elektrolyse (AEL) erreicht werden?

Im Vergleich zu einer Alkalischen Elektrolyseeinheit ist die Gasqualität direkt nach dem Stack bei einer PEM-Elektrolyse generell höher anzusetzen. Dies hängt jedoch auch wieder von der spezifischen Verfahrensführung der PEM-Anlage ab. Zudem wird selten eine Elektrolyseanlage ohne nachgeschaltete Gasaufbereitung eingesetzt, womit dieser Unterschied zwischen den Erzeugungsanlagen in der praktischen Anwendung kaum eine Rolle spielt.

Ist bei der PEM-Elektrolyse die Entfeuchtung des Wasserstoffs im Anschluss notwendig?

Ob eine Entfeuchtung notwendig ist, kommt wesentlich auf die Zielapplikation an und welche Restfeuchte des Produktgases hier zulässig ist.

Wodurch ist die druckaufgeladene Elektrolyse gekennzeichnet?

Die druckaufgeladene Elektrolyse ist im Gegensatz zur atmosphärischen Elektrolyse im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass eine Förderpumpe das Speisewasser gegen den Anlagedruck fördert und eine Umlaufpumpe für den Zwangsumlauf des Elektrolyten sorgt.

Gibt es aus der Beschichtungstechnik bereits Ansätze, ob die Standzeit der Elektroden erhöht werden kann? Und welche Anforderungen müsste eine Elektrodenbeschichtung haben, um die Standzeit zu erhöhen?

Die Fragestellung der Lebensdauer aller Elektrolysekomponenten ist bereits seit mehreren Jahren Gegenstand vieler Forschungs- und Demonstrationsvorhaben. Aufgrund der Vielfalt der Elektrolysetechnologien und der Variation verfahrenstechnischer Parameter lässt sich diese Frage nicht ohne weitere Erläuterungen und tiefergehendes Hintergrundwissen beantworten (Bsp.: Art des Elektrodenmaterials, Temperaturbereiche, Art der Elektrolysetechnologie,

welcher Elektrolyt mit welcher Konzentration usw.).

Wie viel Prozent Wasserstoff darf maximal in das bestehende Verteilgasnetz eingespeist werden?

Vor der Beimischung von Wasserstoff in das bestehende Gasnetz müssen die Gasleitungen sorgfältig überwacht und alle Komponenten auf Wasserstoffkompatibilität überprüft werden. Hierzu erfolgt zunächst die Erhebung des Ist-Zustandes und die Erstellung eines Projektplans, auf Basis dessen der Wasserstoffanteil festgelegt wird. Stand heute dürfen bis zu 10Vol% Wasserstoff in das Verteilnetz eingespeist werden. Je nach den am Verteilnetz angeschlossenen Gasverbraucher*innen kann dieser Wert auch niedriger sein (i.d.R. dann 2Vol%).

In verschiedenen Pilotprojekten soll die Eignung auch für Zumischquoten bis 20Vol% nachgewiesen werden.

Bezieht sich die Mengenangabe der Wasserstoffbeimischung ins Erdgasnetz auf das Volumen oder die Masse?

Die Angabe bezieht sich auf das Volumen.

Wird die Funktionsfähigkeit der häuslichen und industriellen Verbrauchseinrichtungen bei einer Wasserstoffbeimischung von 20% in das bestehende Verteilgasnetz beeinträchtigt?

Dass die Gasverbrauchseinrichtungen mit 20% Wasserstoffbeimischung noch genauso gut funktionieren wie mit 100% Erdgas, ist sehr wahrscheinlich. Zu bedenken ist jedoch, dass die Geräte für den Betrieb mit reinem Erdgas entwickelt wurden und es sicherlich eine Schwelle der Wasserstoff-Konzentration gibt, die bei dem ein oder anderen Gerät nicht überschritten werden darf. Wie hoch diese Schwelle sein darf und ab wann die Funktions- bzw. Gebrauchsfähigkeit der Geräte beeinträchtigt wird, testen wir aktuell in mehreren Pilotprojekten.

In Zukunft soll der Wasserstoffanteil im Verteilgasnetz stetig erhöht werden. Ist für jede weitere Stufe eine neue Testphase notwendig oder besteht die Möglichkeit, diese Tests bereits heute mit durchzuführen?

Nach einer anlagenbezogenen Gefährdungsbeurteilung der Rohrleitungen, der Stationen sowie der betroffenen Bauteile der Gasversorgung wären diese Tests bereits auch heute schon möglich. Aufgrund der geringen Energiedichte von Wasserstoff muss jedoch bei der Einspeisung eines höheren Wasserstoffanteils bei gleichbleibender Transportmenge an Energie auch das Druck- und Durchflussverhältnis beobachtet und angepasst werden.

Welche Mengenschwelle (Höchstmenge) ergibt sich für Wasserstoff aus der Störfallverordnung?

Die Störfallverordnung regelt den Schutz von Mensch und Umwelt vor den Folgen plötzlich auftretender Störfälle bei technischen Anlagen, die durch den Austritt gefährlicher Stoffe verursacht werden. Wasserstoff ist im Sinne dieser Verordnung als gefährlicher Stoff einzuordnen. Die Mengenschwellen liegen nach 12. BImSchV Anhang 1 bei 5 Tonnen (Betriebsbereiche der unteren Klasse) und 50.000 t (Betriebsbereich der oberen Klasse) Wasserstoff.

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