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Einalkalischer Elektrolyseur(auch bekannt als alkalisches Wasser-Elektrolyse (AWE) System) ist eine Art elektrochemisches Gerät, das verwendet wird, um Wasser in Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) durch Elektrolyse in einer alkalischen Elektrolytlösung zu spalten. Diese Technologie wird aufgrund ihrer Zuverlässigkeit, langen Lebensdauer und relativ niedrigen Kosten im Vergleich zu anderen Elektrolyseur-Technologien, wie der Protonenaustauschmembran (PEM) Elektrolyse, weit verbreitet zur Wasserstoffproduktion eingesetzt.

1. Arbeitsprinzip der AWE

Alkalische Elektrolyseure arbeiten auf der Grundlage des Prinzips der Wasserelektrolyse, das die Zersetzung von Wassermolekülen unter Verwendung von elektrischer Energie umfasst. Das System besteht aus einer Elektrolytlösung, Elektroden, einer Diaphragma (Separator) und einer externen Stromversorgung.

Am Kathoden (-, Wasserstoffentwicklungsreaktion, HER):

Am Anoden (+, Sauerstoffentwicklungsreaktion, OER):

Die Gesamtreaktion ist:

Das bedeutet, dass das System für jedes zwei Moleküle Wasser zwei Moleküle Wasserstoffgas und ein Molekül Sauerstoffgas produziert.

2. Schlüsselkomponenten eines alkalischen Elektrolyseurs
a. Elektrolyt (Alkalische Lösung)
Der Elektrolyt ist eine konzentrierte Kaliumhydroxid (KOH, 20-40%) oder Natriumhydroxid (NaOH, 20-40%) Lösung.
Er dient als Medium für den Ionentransport und stellt sicher, dass Hydroxidionen (OH⁻) zwischen den Elektroden bewegt werden.
b. Elektroden (Anode und Kathode)
Die Elektroden bestehen typischerweise aus nickelbasierten Materialien oder anderen korrosionsbeständigen Metallen.
Die Kathode (wo Wasserstoff produziert wird) ist oft mit Nickel, Eisen oder Kobalt-basierten Katalysatoren beschichtet, um die Effizienz zu steigern.
Die Anode (wo Sauerstoff produziert wird) besteht normalerweise aus nickelbeschichtetem Edelstahl oder ist mit Materialien wie Mangan- oder Kobaltoxiden beschichtet, um eine bessere Oxidationsleistung zu erzielen.
c. Diaphragma (Separator)
Ein poröses Asbest-, Polymer- oder Keramikdiaphragma trennt die Anoden- und Kathodenräume.
Es ermöglicht die Bewegung von Hydroxidionen (OH⁻), während es das Mischen von Wasserstoff- und Sauerstoffgasen verhindert, um die Sicherheit zu gewährleisten.
d. Stromversorgung
Eine Gleichstromquelle (DC) liefert die Energie, die für die Wasserspaltung erforderlich ist.
Die angelegte Spannung über die Elektroden liegt typischerweise zwischen 1,8 V und 2,4 V pro Zelle, abhängig von den Betriebsbedingungen.

3. Vorteile von alkalischen Elektrolyseuren
✅ a. Ausgereifte und gut etablierte Technologie
Alkalische Elektrolyse wird seit über einem Jahrhundert in der industriellen Wasserstoffproduktion eingesetzt.
Sie wird in Branchen wie der Düngemittelproduktion, der Metallverarbeitung und der chemischen Herstellung weit verbreitet angewendet.
✅ b. Niedrigere Kosten im Vergleich zu PEM-Elektrolyseuren
Verwendet kostengünstige und weit verbreitete Materialien (z. B. Nickel-Elektroden anstelle von Edelmetallen wie Platin oder Iridium).
Keine Notwendigkeit für teure protonenleitende Membranen.
✅ c. Lange Betriebslebensdauer
Kann mit ordnungsgemäßer Wartung zehntausende von Stunden betrieben werden.
Stabile Betriebsweise in kontinuierlichen Wasserstoffproduktionsanwendungen.
✅ d. Skalierbar für die großflächige Wasserstoffproduktion
Geeignet für industrielle Anwendungen aufgrund seiner Fähigkeit, in großen Stacks zu arbeiten.