Sensoren für die Produktion von grünem Wasserstoff
Immer mehr Strom stammt aus erneuerbaren Quellen – damit wird grüner Wasserstoff als Schlüsselelement der Energiewende immer wichtiger. Das wechselnde Stromaufkommen erfordert flexible Elektrolyseure und damit präzise Mess- und Steuerungstechnik.
Die Elektrolyseure von Nordex Electrolyzers werden als modulare Skids gebaut und lassen sich einfach transportieren und in Betrieb nehmen.(Bild: Vega)
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Windstrom ist eine wichtige Quelle für die großtechnische Produktion von grünem Wasserstoff.
Schwankendes Stromangebot ist eine Herausforderung für leistungsstarke Elektrolyseure und erfordert präzise Messtechnik für Druck und Füllstände.
Mit hochwertiger Sensorik konnte ein Entwickler von Elektrolyseuren seine Anlagen optimieren, um Wasserstoff in hoher Reinheit zu erzeugen.
Das Land der Sonne ist auch ein Land des Windes – und nutzt diese Ressourcen, um Maßstäbe in der Energiewende zu setzen: ideale Voraussetzungen für die Produktion von grünem Wasserstoff. Während andere Nationen an Strategiepapieren feilen, liefert Spanien konkrete Ergebnisse: 2024 stammten bereits 56 % des Stroms aus erneuerbaren Quellen. Windenergie führt mit einem Anteil von 23 %, während Photovoltaik fast doppelt so schnell wie im EU-Durchschnitt wächst. Spanien belegt europaweit den dritten Platz mit einem Solaranteil von 21 % und sogar den zweiten Platz in absoluten Zahlen. Bereits 2030 sollen 81 % des Stroms erneuerbar sein.
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Parallel dazu treibt das Land grünen Wasserstoff voran – und zwar mit Nachdruck. Die spanische Regierung hat sich das Ziel gesetzt, bis 2030 eine Elektrolysekapazität von 12 GW zu installieren. Das wären nach aktuellen Planungen bis zu 20 % der gesamten EU-Kapazität. Bereits jetzt sind 16 Wasserstoff-Valley-Projekte mit 1,2 Mrd. Euro Fördergeldern auf dem Weg – mit Branchengrößen wie Repsol, Moeve und BP an Bord. Mittendrin: Nordex Electrolyzers, das neue Tochterunternehmen der Nordex Group. Gemeinsam mit Vega, dem Spezialisten für präzise und sichere Prozessmesstechnik, bringt das Unternehmen seine erste 500-kW-Elektrolyse-Anlage in Stellung – gemacht für den Realbetrieb mit schwankendem Windstrom. Das Ergebnis: Zuverlässige Wasserstoffproduktion mit messbarer Effizienz.
Die Nordex Group zählt zu den weltweit führenden Herstellern von Windenergieanlagen. Im Jahr 2022 wurde der Elektrolyseur-Hersteller als Joint Venture mit Sodena, einem öffentlichen Unternehmen der Regierung von Navarra gegründet, um eigene alkalische Druckelektrolyseure zu entwickeln, die optimal mit Windstrom zusammenarbeiten. Mit Unterstützung der EU durch das Projekt IPCEI Hy2Tech arbeitet das Unternehmen in Navarra und Puertollano an der Zukunft der grünen Wasserstoffproduktion in Spanien und weltweit.
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Das junge Unternehmen setzt auf die alkalische Druckelektrolyse, ein etabliertes Verfahren zur grünen Wasserstoffproduktion. Diese Methode zeichnet sich durch niedrige Kosten, Langzeitstabilität und hohe Effizienz aus, ohne auf teure Edelmetall-Katalysatoren angewiesen zu sein. Die Technologie eignet sich besonders gut für industrielle Anwendungen. Der aktuelle 500-kW-Prototyp kann über 10 kg Wasserstoff pro Stunde mit hoher Effizienz produzieren. Bis 2026 ist die Einführung eines Serienmodells im Megawatt-Maßstab geplant, das skalierbar, modular und industriefertig sein wird.
Als Windanlagenhersteller weiß Nordex um ein spezifisches Problem: Das Stromaufkommen kann stark schwanken und erfordert flexible Elektrolyseure. Die entwickelte alkalische Elektrolysezelle besteht aus zwei Elektroden, die in einen flüssigen Elektrolyten getaucht sind, und einem porösen Diaphragma als Separator zwischen den Elektroden. Mehrere dieser Zellen bilden einen Stack, das Hauptelement eines Elektrolysesystems. Die Anlage umfasst auch periphere Einheiten wie Flüssig-Gas-Trennanlagen, Wärmemanagement, Wasserproduktion, Leistungselektronik und Gasreinigung.
Herausforderungen: Hochdruck, aggressive Medien und Null-Fehler-Toleranz
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Die Produktion von grünem Wasserstoff durch alkalische Druckelektrolyse ist anspruchsvoll: Hoher Druck von 27 bar, Temperaturen von 95 °C, der Einsatz von ätzender Kalilauge (KOH), zwei reaktive Gase und häufige Druckwechsel stellen hohe Anforderungen an die Messtechnik in den Anlagen. Die Sensoren müssen präzise und zuverlässig arbeiten und den Anforderungen an funktionale Sicherheit (SIL) und Explosionsschutz (Atex) gerecht werden. Gleichzeitig sollen sie einfach zu installieren und digital integrierbar sein, um eine weltweit einsetzbare Lösung zu bieten.
Die Sensoren werden an verschiedenen Stellen in den Elektrolyseuren eingesetzt, um den Wasserstoff-, Sauerstoff- und Elektrolytdruck sowie den Füllstand zu messen. Sie überwachen und steuern den Prozess im gesamten Rohrleitungs- und Behälterlayout. Die Elektrolyse findet im Inneren des Stacks statt, wo Sauerstoff und Wasserstoff durch den KOH-Elektrolyten transportiert werden. Die Ströme werden in Separatoren geleitet, um Gase aus der Flüssigphase zu entfernen. Die Gase werden gereinigt, um hochreinen Wasserstoff zu erzeugen, während die Flüssigkeiten in Wärmeübertragern gekühlt und zurück in die Elektrolysezellen geführt werden. Neben dem Kernprozess müssen auch periphere Einheiten wie die Wasserproduktion, Stickstoffversorgung und das Kühlsystem überwacht werden.
Drucksensoren mit keramischen Messzellen werden in allen Hauptleitungen eingesetzt. Sie überwachen Wasserstoff, Sauerstoff, Elektrolyt, deionisiertes Wasser und Kühlkreisläufe.(Bild: Vega)
Sichere Messtechnik für die Wasserstoff-Elektrolyse
„Sicherheit ohne Kompromisse ist bei der Auswahl unseres Anlagenequipments entscheidend. Und Vega überzeugte uns nicht nur in Sachen Zuverlässigkeit, sondern auch als weltweit bekannte Marke“, erklärt Javier Fernandez de Manzanos, Technischer Direktor bei Nordex Electrolyzers: „Auch der technische Support war bei der Entscheidung wichtig.“ Der Messtechnik-Spezialist bietet intelligente Sensoren für die anspruchsvollen Bedingungen in den Elektrolyseuren:
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Vegaflex 81 misst zuverlässig die Füllstände in Separatoren und Gaswäschern – selbst bei wechselnden Phasen, sprich Gasblasen im Flüssigkeitsstrom. Das geführte Radar liefert selbst in turbulenten Medien exakte Werte.
Vegabar 82, ausgestattet mit der keramischen Certec-Messzelle, übernimmt die Druckmessung in allen Hauptleitungen: H₂, O₂, Elektrolyt, deionisiertes Wasser und Kühlkreisläufe. Die Messzelle ist diffusionsdicht, chemikalienresistent und übersteht mehrfache Druckwechsel – ideal für dynamische Prozesse.
Vegabar 29 kommt dort zum Einsatz, wo präzise Filtrationsüberwachung gefragt ist – direkt vor und nach den Elektrolytfiltern. Die metallische Messzelle widersteht dauerhaft hohen Drücken und ist wartungsfreundlich verbaut.
Die Sensoren bieten nicht nur exakte Messwerte, sondern auch Sicherheit auf hohem Niveau. Mit Zertifizierungen nach IEC 61508 für sicherheitsrelevante Prozesse, Atex- und IECEx-Zulassungen für den Betrieb in explosionsgefährdeten Bereichen, ölfreien keramischen Messzellen, Gold-Rhodium-Beschichtungen und Diagnosefunktionen für vorbeugende Wartung bieten sie eine umfassende Lösung. Die Sensoren sind einfach zu installieren, flexibel und effizient, auch dank Technologien wie Bluetooth-Integration oder IO-Link für die Fernparametrierung.
Die Inbetriebnahme der Sensoren übernahm das erfahrene Team von Nordex Electrolysers, unterstützt von den Vega-Experten. Die Zusammenarbeit lief reibungslos: „Schnelle Rückmeldung, fachlich stark, lösungsorientiert – so wünscht man sich Support“, so das Feedback aus dem Team. Die Sensoren wurden in einem modularen Skid-System verbaut -mobil und skalierbar. Damit sind auch internationale Projekte ohne großen Installationsaufwand realisierbar. Ob in Spanien, Deutschland oder künftig im Nahen Osten: Die Technik steht, das Konzept überzeugt den Betreiber.
Die im Prototyp verbaute Sensorik macht seit nun über einem Jahr das, was sie soll: Sie liefert verlässliche Messdaten, auch unter Lastwechseln – und das bei aggressiven Medien, schwankenden Temperaturen und hohen Prozessdrücken. „Vega war für uns die richtige Entscheidung“, sagt Javier Fernandez de Manzanos. „Sicherheit, einfache Bedienung, absolute Zuverlässigkeit – das war entscheidend.“ Mit den präzisen Messdaten konnte die Effizienz der Anlage optimiert und der Gasreinheitsgrad auf hohem Niveau stabilisiert werden – auch im Teillastbetrieb, wo andere Systeme oft schwächeln.
Grüner Wasserstoff aus Windkraft im Fokus
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Die Erfahrungen aus dem Prototyp fließen in die Weiterentwicklung ein, um das große Ziel einer dezentralen, wirtschaftlichen und sicheren Wasserstoffproduktion zu erreichen. Die präzise Messtechnik spielt eine entscheidende Rolle, um unter extremen Bedingungen zuverlässig zu arbeiten. Die Technologie aus Spanien wird somit zu einem wichtigen Beitrag für die Energiewende in Europa.
