Was ist ein Wasserstoff-Gasgenerator?
Ein Wasserstoff-Gasgenerator ist ein Gerät, das Wasserstoffgas erzeugt.
Mit diesem Gerät kann Wasserstoffgas ohne die Verwendung von Gasflaschen verwendet werden. Wasserstoffgas wird häufig in analytischen Instrumenten und anderen experimentellen Anwendungen sowie als Kraftstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge verwendet.
Anwendungen von Wasserstoff-Gasgeneratoren
Wasserstoffgas wird in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, von der Forschung über die Industrie bis hin zum allgemeinen Gebrauch:
1. Forschungsanwendungen
Wasserstoffgas wird häufig als Träger- oder Brenngas in der Gaschromatographie (GC) verwendet, insbesondere als Brenngas für Wasserstoff-Flammenionendetektoren (FID).
2. Industrielle Anwendungen
Wasserstoffgas wird häufig bei der Herstellung von Produkten verwendet. Typische Anwendungen sind die Entschwefelung von Erdölprodukten, Rohstoffe für die Ammoniaksynthese und als Wasserstoffquelle für die Synthese von Diamant und Dünnschichtsilizium durch Mikrowellenplasma-CVD. Brenner, die ein Gasgemisch aus Wasserstoff, Sauerstoff und Luft verwenden, werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, da sie bei hohen Temperaturen eine stabile Flamme bilden und nicht mit Ruß verunreinigt sind.
Weitere vielversprechende Anwendungen sind ein Verfahren zur Reinigung von Siliziumwafern mit in Reinstwasser gelöstem Wasserstoff und die praktische Anwendung der wasserstoffreduzierten Eisenerzeugung, mit der die Kohlendioxidemissionen verringert werden können.
3. Brennstoff- und andere Anwendungen
Wasserstoffgas wird in Brennstoffzellen für Kraftfahrzeuge und Haushaltsbatterien sowie in wasserstoffbetriebenen Motoren für Stromerzeugungsanlagen und Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge verwendet und soll zur Verwirklichung einer kohlenstoffneutralen Gesellschaft beitragen.
4. Allgemeiner Gebrauch
Wasserstoffgasinhalatoren werden in Branchen wie dem Kosmetiksektor, dem medizinischen Sektor, dem Sportsektor und zur Entspannung eingesetzt.
Funktionsweise der Wasserstoff-Gasgeneratoren
Wasserstoff-Gasgeneratoren lassen sich je nach dem Verfahren, das zur Erzeugung von Wasserstoffgas verwendet wird, in mehrere Typen unterteilen:
1. Elektrolyse von Wasser
Sauerstoff und Wasserstoff können durch Elektrolyse von Wasser gewonnen werden. Der Wirkungsgrad dieser Methode ist bei der Verwendung von reinem Wasser sehr gering und eignet sich nicht für die Erzeugung großer Mengen. Daher wird der Wirkungsgrad im Allgemeinen durch die Verwendung von Elektrolyten wie Kaliumhydroxid oder festen Polymerelektrolyten oder durch den Einsatz von Ionenaustauschmembranen erhöht. In einigen Fällen wird das erzeugte Wasserstoffgas von einem Reinigungssystem begleitet, das einen Katalysator wie Palladium enthält, um die Reinheit des Wasserstoffgases zu verbessern.
Die Erzeugung von Wasserstoffgas durch Elektrolyse ist nicht für die Massenproduktion geeignet, da sie Strom benötigt, zeichnet sich aber dadurch aus, dass sie in konstanten und stabilen Mengen erfolgen kann, solange das Material reines Wasser ist. Außerdem ist der Wasserstoff-Gasgenerator selbst kompakt, so dass er sowohl für Forschungszwecke als auch für den Einsatz in Innenräumen, z. B. für den allgemeinen Gebrauch, geeignet ist.
2. Dampfreformierung
Bei der Dampfreformierung werden Wasser und Kohlenwasserstoffe durch Einsprühen von Hochtemperaturdampf auf Kohlenwasserstoffe oder Kohle in Gegenwart eines Katalysators zu Wasserstoff als Nachreaktionsgas umgesetzt. Der Kohlenstoff in den Kohlenwasserstoffen verbindet sich mit dem Sauerstoff im Wasser zu Kohlenmonoxid, so dass molekularer Wasserstoff sowohl von den Kohlenwasserstoffen als auch vom Wasser getrennt wird. Der durch Dampfreformierung erzeugte Wasserstoff enthält viele Verunreinigungen und wird daher z. B. mit der Druckschwankungsadsorptionsmethode (PSA) gereinigt.
Die Dampfreformierung wird in der Industrie zur Erzeugung von Wasserstoffgas eingesetzt, da sie trotz der größeren Anlagen effizient Wasserstoffgas in großen Mengen erzeugen kann.
Es gibt noch verschiedene andere Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoffgas, aber die beiden oben genannten sind am weitesten verbreitet.
Weitere Informationen zu Wasserstoff-Gasgeneratoren
1. Vorteile von Wasserstoff-Gasgeneratoren im Vergleich zu Gasflaschen
Wasserstoff-Gasgeneratoren haben gegenüber Gasflaschen zwei Vorteile: Das Risiko eines Gasaustritts ist geringer und die Gasflaschen müssen nicht ersetzt werden.
Geringeres Unfallrisiko durch austretendes Wasserstoffgas
Wasserstoffgas ist ein brennbares Gas und kann eine Explosion verursachen, wenn es sich in Verbindung mit Luftsauerstoff entzündet. Es ist leichter und diffusionsfähiger als Luft, so dass die Explosionsgefahr im Freien oder in gut belüfteten Räumen gering ist. In einem kleinen, schlecht belüfteten Raum besteht jedoch Explosionsgefahr, wenn der Wasserstoffanteil in der Luft durch ein Leck in einer Gasflasche auf über 4 Vol % ansteigt. Außerdem besteht, wenn auch weniger wahrscheinlich, die Möglichkeit des Erstickens, wenn man sich in einem Raum aufhält.
Bei der Verwendung von Wasserstoff-Gasgeneratoren ist es möglich, nur die benötigte Gasmenge zu erzeugen und da die Geräte so installiert sind, dass überschüssiges Gas abgesaugt wird, sind die oben genannten Risiken wesentlich geringer und die Geräte können relativ sicher verwendet werden.
Keine Notwendigkeit des Gasflaschenersatzes
Wasserstoff-Gasgeneratoren müssen nicht ausgetauscht werden, wenn sie einmal installiert sind, so dass sie nicht wie Gasflaschen mit Lastwagen transportiert werden müssen, um sie zu ersetzen.
2. Erneuerbares Potenzial bei der Wasserstofferzeugung
Wasserstoff wird als saubere Energiequelle wahrgenommen, da bei der Verwendung von Wasserstoff nur Wasser freigesetzt wird, ohne dass Kohlendioxid oder andere schädliche Stoffe freigesetzt werden.
Um Wasserstoff als saubere Energie im wahrsten Sinne des Wortes nutzen zu können, muss die Summe aller Kohlendioxidemissionen vom Transport der Rohstoffe über die Produktion bis zum Verbrauch unter Null gehalten werden. Der auf diese Weise hergestellte Wasserstoff wird als grüner Wasserstoff bezeichnet und findet als völlig saubere Energiequelle Beachtung.
Durch die Installation von Wasserstoffgas an dem Ort, an dem es verwendet werden soll, kann der Transport von Wasserstoffgas von der Produktion bis zum Verbrauch entfallen. Wenn darüber hinaus die Kohlendioxidemissionen bei der Herstellung von Wasserstoffgas auf Null reduziert werden, ist die grüne Wasserstoffproduktion erreicht.
Wasserstoff wird durch die Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Sonnen- und Windenergie zur Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse erzeugt. Er kann auch durch Dampfreformierung unter Verwendung von Biomasse hergestellt werden, eignet sich aber aufgrund der hohen Kosten für die Rohstoffgewinnung weniger für die großtechnische Produktion.
Auch die Pyrolyse von Wasser und Methan sowie die künstliche Photosynthese werden als mögliche Verfahren zur Erzeugung von grünem Wasserstoff in Betracht gezogen, befinden sich aber noch in der Forschungsphase.