Die Wasserstoffproduktion durch Elektrolyse von Wasser, insbesondere unter Verwendung erneuerbarer Energiequellen, ist derzeit der Prozess mit den geringsten Kohlenstoffemissionen unter den vielen Wasserstoffquellen, auch bekannt als „grüner Wasserstoff“. Derzeit werden hauptsächlich vier Technologien zur Wasserstoffproduktion durch elektrolytisches Wasser verwendet: alkalische Wasserelektrolysetechnologie (AKL), Protonenaustauschmembran-Elektrolysetechnologie (PEM), Festoxid-Elektrolysetechnologie (SOEC) und basische Anionenaustauschmembran-Elektrolysetechnologie (AEM). Unter ihnen befinden sich die SOEC-Technologie und die AEM-Technologie noch im Laborstadium, es gibt nur wenige Pilotprojekte auf dem Markt. Es ist unbestreitbar, dass diese beiden Technologien ihre jeweiligen technischen Vorteile haben, aber es ist noch ein langer Weg vom Labor bis zur großtechnischen Produktionsanwendung.
Derzeit werden alkalische und PEM-Elektrolyseure in großem Maßstab für die Anwendung des Projektelektrolyseurs eingesetzt. In China machen alkalische Elektrolyseure mehr als 90 % aus, und im Ausland sind PEM-Elektrolyseure die vorherrschende Anwendung. Tatsächlich sind PEM-Elektrolyseure technologisch weiter fortgeschritten als alkalische Elektrolyseure.
Erstens ist die Technologie der alkalischen Elektrolyseure sehr ausgereift und die Produktionskapazität der Anlage beträgt 1-2000Nm³/h, was die Herstellungsschwierigkeiten gering und die Verwendung bequem macht. Die fortschrittlichere Technologie der PEM-Elektrolyseure bedeutet genau, dass PEM-Elektrolyseure größere Schwierigkeiten bei Design, Herstellung und Verwendung haben und die Produktionskapazität des größten PEM-Elektrolyseurs nur 200Nm³/h beträgt, was die steigende Nachfrage nach grünem Wasserstoff in Zukunft kaum decken wird, bevor das Problem des großen Maßstabs gelöst ist. Zweitens muss aus Kostensicht die Kathode des PEM-Elektrolyseurs das Edelmetall Iridium verwenden und die Anode das Edelmetall Platin. Was Iridium allein betrifft, kann 1 Tonne Iridiummetall gemäß der aktuellen Iridiumbeladung der Kathode von 2-5mg/cm2 nur 1 GW installierte Leistung der PEM-Elektrolysezelle liefern, und die jährliche Iridiumproduktion beträgt nur 5 Tonnen. Umgerechnet auf ein einzelnes Gerät benötigt ein PEM-Elektrolyseur mit 200 Nm³/h 1 kg Iridium. Dem aktuellen Marktpreis von 203 USD/g zufolge betragen die Kosten für Iridium allein 200 USD,000. Die Elektrode des alkalischen Elektrolyseurs besteht im Allgemeinen aus Nickelmetall, die Kosten sind sehr niedrig und die Gesamtkosten des alkalischen Elektrolyseurs betragen nur ein Viertel der Kosten des PEM-Elektrolyseurs.
In Bezug auf die Leistung unterscheiden sich alkalische Elektrolyseure und PEM-Elektrolyseure kaum hinsichtlich Stromverbrauch bei der Wasserstoffproduktion, Systemenergieverbrauch und Effizienz, aber es gibt erhebliche Unterschiede bei Stromdichte und Startzeit. Die Stromdichte herkömmlicher alkalischer Elektrolyseure beträgt im Allgemeinen nur 2000-3000A/m2, während die Stromdichte von PEM-Elektrolyseuren im Allgemeinen über 10.000 A/m2 liegt. Eine höhere Stromdichte bedeutet, dass das Volumen des PEM-Elektrolyseurs kleiner ist und bei gleicher Wasserstoffproduktionsmenge weniger Fläche einnimmt. Die Wärmeproduktion des Elektrolyseurs erfolgt schneller, nachdem die Stromdichte des PEM-Elektrolyseurs erhöht wurde. Da weniger Zeit zum Erreichen der Betriebstemperatur benötigt wird, ist die Kaltstartzeit kürzer.
Mit der Weiterentwicklung der Technologie konnten jedoch die Stromdichte und die Startzeit von alkalischen Elektrolyseuren weiter verbessert werden.
