Die dynamische Betriebsweise von PEM-Elektrolyseuren ist entscheidend für eine effiziente Nutzung erneuerbarer Energien in der Wasserstoffproduktion. Ein am Lehrstuhl für Anlagen- und Prozesstechnik und Linde GmbH neu entwickeltes und im International Journal of Hydrogen Energy veröffentlichtes dynamisches 1D-Mehrphysikmodell ermöglicht nun eine detaillierte Analyse der physikalischen Wechselwirkungen in einer Elektrolysezelle, einschließlich Massentransport, Spannungsdynamik und Wärmeübertragung. Im Gegensatz zu bisherigen Modellierungsansätzen, die oft nur einzelne Aspekte oder stationäre Betriebsbedingungen betrachten, integriert dieses Modell alle relevanten Prozesse und kann in Echtzeit simuliert werden.
Die Validierung mit experimentellen Literaturdaten bestätigt die hohe Genauigkeit des Modells und liefert neue Erkenntnisse über den Einfluss von Betriebsbedingungen auf den spezifischen Energieverbrauch sowie auf Start- und Abschaltprozesse. Besonders die Modellierung von Gasübersättigungseffekten und Rekombinationsschichten innerhalb der Membran ermöglicht eine genauere Vorhersage der Zelleffizienz.
Diese Fortschritte leisten einen wichtigen Beitrag zur Optimierung von Elektrolyseanlagen, indem sie helfen, Lastwechsel effizienter zu gestalten und die Betriebskosten zu senken. Das Modell kann für die Verbesserung bestehender Elektrolysesysteme eingesetzt werden und unterstützt damit den Ausbau der Wasserstoffwirtschaft.
Hier geht es zur Veröffentlichung: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.03.116