DE102005017727B4

DE102005017727B4 - Verfahren und Einrichtung zur Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse

Info

Publication number: DE102005017727B4
Application number: DE102005017727.1A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2005-04-15
Publication date: 2015-09-17
Anticipated expiration: 2025-04-16
Also published as: DE102005017727A1

Abstract

Vorrichtung zur Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse, nachfolgend als Elektrolysezelle bezeichnet, welche als zweikanaliges Gefäß ausgebildet ist, wobei in einen der Kanäle Wasserdampf unter hohem Druck und hoher Temperatur, nachfolgend als Heißdampf bezeichnet, einleitbar ist, die Elektrolysezelle (1) ein Festkörperelektrolytrohr (10) aufweist, dessen erste Mantelfläche eine flächenhafte, dampf- und gasdurchlässige Kathode und dessen zweite, der ersten Mantelfläche gegenüberliegende Mantelfläche eine flächenhafte, gasdurchlässige Anode aufweist und die Kathode an den Heißdampf führenden Kanal grenzt, wobei das Gefäß als zweikanaliges Druckgefäß ausgebildet ist, in welchem das Festkörperelektrolytrohr (10) die zwei Kanäle gegeneinander gas- und druckdicht derart abgrenzt, dass ein äußerer (11) und ein innerer Kanal (12) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, die Kathode aufweisende Mantelfläche des Festkörperelektrolytrohrs (10) an den äußeren Kanal (11) grenzt, als die äußere Mantelfläche (14) bezeichnet, und die zweite, die Anode aufweisende Mantelfläche an den inneren Kanal (12) grenzt, als die innere Mantelfläche (15) bezeichnet, dass der innere Kanal (12) eine Ableitung für Sauerstoff, nachfolgend als Sauerstoff-Ableitung (8) bezeichnet, aufweist und dass Kathode und Anode mittels elektrisch leitfähiger, in den äußeren (11) und den inneren Kanal (12) eingebrachter Haufwerke oder Silberwolle oder gas- und dampfdurchlässiger Schmelzen (16) flächig elektrisch kontaktiert sind, wobei die elektrische Kontaktierung des Haufwerks, der Silberwolle oder der Schmelzen (16) im äußeren Kanal (11) mittels der Wandung eines metallischen Außengefäßes (2) der Elektrolysezelle (1) und/oder die elektrische Kontaktierung des Haufwerks, der Silberwolle oder der Schmelzen (16) im inneren Kanal (12) mittels eines Elektrodenstabes (17) ausgeführt ist, welcher druckdicht in den inneren Kanal (12) ragt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse, nachfolgend als Elektrolysezelle bezeichnet, welche als zweikanaliges Gefäß ausgebildet ist, wobei in einen der Kanäle Wasserdampf unter hohem Druck und hoher Temperatur (Heißdampf) einleitbar ist, die Elektrolysezelle einen Festkörperelektrolyten aufweist, dessen erste Mantelfläche eine flächenhafte, dampf- und gasdurchlässige Kathode und dessen zweite, der ersten Mantelfläche gegenüberliegende Mantelfläche eine flächenhafte, gasdurchlässige Anode aufweist und die Kathode an den Heißdampf führenden Kanal grenzt, wobei das Gefäß als zweikanaliges Druckgefäß ausgebildet ist, in welchem das Festkörperelektrolytrohr die zwei Kanäle gegeneinander gas- und druckdicht derart abgrenzt, dass ein äußerer und ein innerer Kanal gebildet ist.
Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse in einer als zweikanaliges Gefäß ausgebildeten und einen Festkörperelektrolyten mit Kathode und Anode aufweisenden Elektrolysezelle, bei welchem Heißdampf dem äußeren, an die Kathode des Festkörperelektrolyten grenzenden Kanal zugeführt und in diesem Kanal an der Kathodenoberfläche in Wasserstoff und Sauerstoff in ionisierter Form zerlegt wird.
Die Festkörperelektrolyse wird in der Druckschrift DE 27 56 569 C3 und die Verwendung von keramischen Festkörperelektrolyten zur Wasserstoffgewinnung in der Druckschrift US 5 964 991 A genannt.
Derartige Elektrolysezellen dienen der Gewinnung von Wasserstoff, welcher insbesondere als Zumischung zu Synthesegas aus der Vergasung von biogenen oder fossilen Stoffen für die Synthese wasserstoffreicher Kohlenwasserstoffe, z. B. Methanol, oder als Energieträger Verwendung findet. Insbesondere für die Nutzung des Wasserstoffes für die Synthese sind in der Regel hohe Drücke und erhöhte Temperaturen entsprechend den Forderungen des Syntheseprozesses erforderlich. Wird Wasserstoff in konventioneller Weise erzeugt, ist eine zusätzliche Verdichtung und Erwärmung erforderlich. Für eine wirtschaftliche Wasserstoffgewinnung und besonders im industriellen Maßstab ist es erforderlich, den hohen Elektroenergiebedarf der Elektrolyse zu verringern. Dies kann bekanntermaßen durch verschiedene Maßnahmen erfolgen. So kann insbesondere bei der Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse mittels eines Festkörperelektrolyten im Vergleich zur Wasserbad-Elektrolyse eine Verringerung der aufzuwendenden elektrischen Zersetzungsenergie und darüber hinaus bei der Prozessführung unter hohem Druck und hoher Temperatur eine Erhöhung der Stromdichte und somit der Leistung der Elektrolysezelle erzielt werden.
Einer Erhöhung der Leistungsrate und damit einer relativen Senkung des Elektroenergiebedarfs durch höheren Druck und höhere Temperatur stehen jedoch die damit verbundenen steigenden Anforderungen an die Elektrolysezelle hinsichtlich mechanischer Stabilität und absoluter Gasdichtheit gegenüber. Um diesem Problem zu begegnen wurde mit der Ausführung der Elektrolysezelle, die in der deutschen Patentschrift DE 31 01 210 C2 beschrieben ist, die kritische Verbindungsstelle des Zellenkörpers mit der Ableitung des Wasserstoffs, wo die höchste Konzentration von Wasserstoff vorliegt und bereits geringste Lecks zur Rückreaktion mit dem umgebenden Sauerstoff führen können, räumlich von dem den Festkörperelektrolyten umgebenden Sauerstoff getrennt.
Zu diesem Zweck ist die Elektrolysezelle als Gefäß mit einem äußeren und einem inneren Kanal ausgeführt, in welchem der Heißdampf den äußeren Kanal durchströmt, dabei mittels der abschnittsweise die Außenwand der Zelle bildenden, Kathode und Anode umfassenden Festkörperelektrolyten in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt und der Sauerstoff in den Umgebungsraum der Zelle transportiert wird. Der am Ende des äußeren Kanals angereicherte Wasserstoff wird in einen konzentrisch im äußeren Kanal angeordneten, offenen inneren Kanal umgeleitet und von dort abgeleitet.
Nachteilig erweist sich für die Stabilität und Gasdichtheit hierbei die Zusammensetzung des äußeren Rohres der Zelle aus mehreren Festkörperelektrolyt- und Außenwandsegmenten, wie sie nach der Druckschrift DE 31 01 210 A1 offenbart ist. Die Hintereinanderschaltung mehrerer Festkörperelektrolyt-Segmente ist jedoch erforderlich, um mit einer höheren Zellenspannung die Ströme an den einzelnen Kontakten reduzieren zu können, wobei aus dem Gebiet der Brennstoffzellen flächige Kontaktierungen einer Elektrode mittels eines Metalldrahtgestricks oder eines Metalldrahtgewölles, wie die Druckschrift DE 103 17 388 A1 beschreibt, bekannt sind.
Zudem liegt am Ende des äußeren Kanals das druckbeaufschlagte Wasserdampf-Wasserstoff-Gemisch mit einer hohen Konzentration an Wasserstoff dennoch dem umgebenden Sauerstoff gegenüber, getrennt durch die Festkörperelektrolytsegmente und dem Abschluss der Zelle, so dass das Problem von der Verbindungsstelle der Wasserstoffableitung auf diese Problembereiche verlagert wurde und entscheidend durch die Höhe des Drucks des Gemisches bestimmt wird.
Aus der Druckschrift DE 692 29 839 T2 ist eine Vorrichtung zur Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse bekannt, bei der ein zweikanaliges Druckgefäß vorgesehen ist, in dem ein Festkörperelektrolyt die zwei Kanäle gegeneinander gas- und druckdicht derart abgrenzt, dass ein äußerer und ein innerer Kanal gebildet werden.
Nachteilig ist jedoch, dass der innere Kanal so stabil und aufwändig ausgeführt werden muss, dass er mit dem unter hohem Druck in den inneren Kanal zugeführten Wasserdampf beaufschlagt werden kann. Das macht die Vorrichtung teuer und führt auch zu funktionellen Nachteilen, da ein stabiler und massiver Festkörperelektrolyt den Ionenübergang behindert und damit die Effizienz der Vorrichtung mindert. Zudem führt die Belastung der Verbindungstellen, vor allem bei der Zu- und Ableitung von Gasen, zu Spannungen und einem früheren Ausfall der Vorrichtung. Dies betrifft in besonderem Maße auch die elektrischen Kontakte von Anode und Kathode, die unmittelbar mit der Sauerstoffelektrode und der Wasserstoffelektrode, die beide im Betrieb durch Druckeinwirkungen zur elastischen Verformung neigen, verbunden sind. Zudem führt die punktuelle Kontaktierung zu einer hohen elektrischen Belastung der Kontaktstelle bzw. zu einem höheren Übergangswiderstand.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse anzugeben, welche eine höhere Energieausbeute und eine Verringerung des Einsatzes elektrischer Energie ermöglicht und gleichzeitig den damit verbundenen schaltungstechnischen und mechanischen Anforderungen genügt.
Die Aufgabe wird anordnungsseitig durch eine Elektrolysezelle gelöst, deren Gefäß als zweikanaliges Druckgefäß ausgebildet ist, in welchem das Festkörperelektrolytrohr die zwei Kanäle gegeneinander gas- und druckdicht derart abgrenzt, dass ein äußerer und ein innerer Kanal gebildet ist, wobei die erste, die Kathode aufweisende Mantelfläche des Festkörperelektrolytrohrs an den äußeren Kanal grenzt (äußere Mantelfläche) und die zweite, die Anode aufweisende Mantelfläche an den inneren Kanal (innere Mantelfläche), dass der innere Kanal eine Ableitung für Sauerstoff (Sauerstoff-Ableitung) aufweist und dass Kathode und Anode mittels elektrisch leitfähiger, in den äußeren und den inneren Kanal eingebrachter Haufwerke oder Silberwolle oder gas- und dampfdurchlässiger Schmelzen flächig elektrisch kontaktiert sind.
Aus der erfindungsgemäßen Gestaltung der Elektrolysezelle resultiert, dass auf das Festkörperelektrolytrohr, das die Abgrenzung des äußeren, Heißdampf führenden vom inneren, Sauerstoff führenden Kanal realisiert und wo der Wasserstoff dem Sauerstoff in jeweils hoher Konzentration gegenübersteht, nur Druck- und keine Zugspannungen einwirken. Diese Druckspannungen können vom Festkörperelektrolytrohr gleichmäßig aufgenommen werden. So werden auch eventuell kritische Anschlussstellen des Festkörperelektrolyten entlastet. Damit besteht die Möglichkeit, den Festkörperelektrolyten hohen Drücken auszusetzen sowie im Heißdampfbereich die Dampfdichtheit zwischen den Sauerstoff und Wasserstoff führenden Kanälen besser zu gewährleisten und mit den höheren Drücken zu arbeiten und somit höhere Stromdichten zu erzielen. Indem gleichzeitig die Elektroden auf den Mantelflächen des Festkörperelektrolyten mittels Haufwerk, Silberwolle oder Schmelze flächig anstelle punktuell elektrisch kontaktiert sind, kann die Stromdichte an den Kontaktierungen wesentlich vermindert werden.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Haufwerke aus metallischen, keramischen oder metallkeramischen Elementen bestehen, da diese Materialien sowohl den thermischen als auch den elektrischen Anforderungen entsprechen und gleichzeitig eine gute Kontaktierung der als Einzelleiter dienenden Elemente untereinander als auch zu Anode und Kathode gewährleisten. Ebenso ist der Einsatz von Schmelzen vorgesehen. Des Weiteren sind die thermischen und elektrischen Eigenschaften dieser Materialien gut einstellbar.
Entsprechend weiterer Ausgestaltungen der Elektrolysezelle ist die elektrische Kontaktierung des Haufwerks, der Silberwolle oder der Schmelze im äußeren Kanal mittels metallischer Außenwand der Elektrolysezelle und/oder im inneren Kanal mittels eines Elektrodenstabes ausgeführt, welcher druckdicht in den inneren Kanal ragt. Somit ist auch ein gleichartiger flächiger, die Stromdichte verringernder Kontakt zum Haufwerk, zur Silberwolle oder zur Schmelze hergestellt.
Mit der Gestaltung des Festkörperelektrolyten aus einer inneren, elektrisch leitfähigen Trägerkeramik mit hohem Sauerstoff-Diffusionskoeffizienten, die als Anode ausgebildet ist und auf seiner äußeren Mantelfläche eine dotierte Zirkonoxidschicht aufweist, die mit einer Platinnetzelektrode als Kathode abgedeckt ist, steht ein Festkörperelektrolyt zur Verfügung, der die bekannten günstigen, die erforderliche Zersetzungsenergie vermindernden Eigenschaften von dotiertem Zirkonoxid mit der mechanischen Festigkeit, der Einstellbarkeit der Eigenschaften und der guten Herstellbarkeit von Keramik verbindet.
Sofern entsprechend einer weiteren, besonders vorteilhaften Gestaltung der Erfindung das Festkörperelektrolytrohr zur Sauerstoff-Ableitung hin einseitig offen ausgebildet ist, können die Vorteile hinsichtlich der Dampfdichtheit des zweikanaligen Druckgefäßes erhöht werden. So ist auch nur noch eine kritische Verbindungs- oder Verschlussstelle, am offenen Ende des Rohres, dampfdicht herzustellen. Dies vereinfacht die Montage der Elektrolysezelle erheblich und verbessert die Zuverlässigkeit der Zelle selbst bei höheren Drücken.
Die Ausführung des dampf- und gasdichten Verschlusses des zweikanaligen Druckgefäßes als druckdichte Keramikdichtung verhindert Spannungen und daraus entstehende Undichtheiten infolge unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten. Dies gelingt insbesondere, wenn diese Dichtung aus dem Material der Trägerkeramik des Festkörperelektrolyten besteht. Des Weiteren sind die Eigenschaften von Keramikmaterialien als hochtemperaturfeste und wartungsfreie Dichtungsmaterialien für die erfindungsgemäße Elektrolysezelle von besonderem Vorteil. Alternativ kann der dampf- und gasdichte Verschluss des äußeren und des inneren Kanals als druckdichte Metall-Dichtung ausgeführt sein, welche einen Ausdehnungskoeffizienten vergleichbar mit dem der Trägerkeramik aufweist.
Von Vorteil erweist es sich des Weiteren, wenn die Keramik- oder Metalldichtung als zylindrische Schwalbenschwanzdichtung ausgeführt ist, da auf diese Weise die Anpressfläche verringert und somit der Anpressdruck vergrößert wird, was wiederum zu einer höheren Dichtheit des Druckgefäßes führt.
Sofern entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung das offene Ende des Festkörperelektrolytrohres mit hochtemperaturfestem Glaskitt mit der Dichtung zum Verschluss des Druckgefäßes verbunden ist, wird der äußere und/oder der innere Kanal vollständig durch einen kompakten Keramikkörper abgeschlossen, dessen Verbindung zwischen Festkörperelektrolyt und Dichtung aufgrund der Eigenschaften von Glaskitt druck- und temperaturbeständig ist. Auf diese Weise kann auch die einzige, bei einem einseitig offenen Festkörperelektrolytrohr verbleibende Verbindungsstelle zuverlässig dampfdicht ausgeführt werden. Darüber hinaus kann die konzentrische Lage des Festkörperelektrolyten insbesondere für das Einbringen von Haufwerken, Silberwolle oder Schmelzen durch Einpassen der Dichtung fixiert werden.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Elektrolysezelle elektrisch, beispielsweise mittels Heizpatrone und/oder durch indirekte Wärmeübertragung mittels Wärmeträger auf Arbeitstemperatur erwärmt. Damit wird der Prozess hinsichtlich seiner Prozessparameter stabilisiert und das Anfahren der Anlage beschleunigt, da der Wärmeeintrag in die Elektrolysezelle direkt und entsprechend der Gestaltung der Zelle angepasst erfolgen kann. Welche der Erwärmungsvarianten zum Einsatz kommt, entscheidet sich auch nach den Anforderungen hinsichtlich der Vermeidung von Thermospannung, der Regelbarkeit und Energieeinsatz. Während eine elektrische Heizung eine hinsichtlich Zeit und Temperatur präzisere Regelung gestattet, verbessert eine Heizung mittels Wärmeträger, der die Abwärme des Systems oder eines anderen Hochtemperaturprozesses nutzt, die Energieeffizienz, so dass sich eine Kombination beider Methoden als möglich erweist.
Aufgrund seiner thermischen Eigenschaften und des hier relevanten Temperaturbereiches ist beispielsweise vorgesehen, Flüssigmetall als Wärmeträger zu verwenden, wobei zur Vermeidung von Wärmeverlusten und zur besseren Regelung der Temperatur der Elektrolysezelle und somit des gesamten Prozesses die Elektrolysezelle thermisch zu isolieren ist.
Für eine effiziente Wasserstoffgewinnung beispielsweise im industriellen Maßstab sind mehrere erfindungsgemäße Elektrolysezellen parallel angeordnet, die mittels gemeinsamer Heißdampf-Zuführung mit Heißdampf nahezu einheitlichen Drucks und einheitlicher Temperatur beaufschlagt werden. Die Einstellung des einheitlichen Drucks an den einzelnen Elektrolysezellen über die gemeinsame Heißdampf-Zuführung erfolgt durch deren Querschnittsänderung. Mit Hilfe der Querschnittsänderung erfolgt eine Variation des Volumens im jeweiligen Leitungsabschnitt und somit bei gleich bleibender Temperatur die Änderung des Drucks. So wird der an jeder Elektrolysezelle und über die Leitung entstehende und berechenbare Druckverlust durch die Querschnittsänderung ausgeglichen.
Darüber hinaus erweist es sich in solchen Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse-Anordnungen mit mehreren parallelen Elektrolysezellen als günstig, wenn die gemeinsame Heißdampf-Zuführung vor einer Elektrolysezelle ein Verbindungsmittel aufweist, welches gleichzeitig Absperr- und Drosselorgan der Heißdampf-Zuführung ist. Damit können sowohl temporäre Druckschwankungen ausgeglichen werden als auch die Heißdampf-Zufuhr so eingestellt werden, dass eine optimale Prozessführung mit einem optimalen Wasserdampf-Wasserstoff-Gemisch an der Wasserstoff-Ableitung gewährleistet ist. Die Möglichkeit, eine einzelne Elektrolysezelle abzusperren ist außerdem für die Wartung und Reparatur einer komplexen Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse-Anordnung von Vorteil.
Aus diesen Gründen sieht eine weitere Ausgestaltung einer Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse-Anordnung vor, dass die parallel angeordneten Elektrolysezellen eine gemeinsame Sauerstoff- und/oder Wasserstoff-Ableitung aufweisen, welche jeweils vor derselben Elektrolysezelle ein Verbindungsmittel aufweisen, welches gleichzeitig Absperr- und Drosselorgan derjenigen Ableitung ist.
Verfahrensseitig wird die Aufgabe gelöst, indem der Sauerstoff in ionisierter Form durch den Festkörperelektrolyten hindurch in den inneren Kanal transportiert und der Sauerstoff von dort abgeführt wird. Der Aufbau des Festkörperelektrolyten als Teil des Druckgefäßes der Elektrolysezelle und dessen Druckbeaufschlagung von außen gestattet den Transport des Sauerstoffs in das Innere der Elektrolysezelle, den durch den Festkörperelektrolyten gebildeten inneren Kanal. Von dort ist der problemlose Abtransport des Sauerstoffs möglich.
Auf den Festkörperelektrolyten wirken nur Druck-, keine Zugspannungen, welche vom Rohr ohne wesentliche Verformungen aufgenommen werden können. Auf diese Weise ist auch eine Abdichtung zwischen dem Sauerstoff führenden inneren und dem angrenzenden, Wasserstoff führenden äußeren Kanal geringeren mechanischen Belastungen ausgesetzt. Beides führt zu einer zuverlässigen Gastrennung und zur Verminderung der Gefahr der Rückreaktion infolge von Undichtheiten zwischen beiden Gasführungssystemen, ohne auf ein besonderes, räumlich ausgedehntes Gasführungssystem zurückgreifen zu müssen.
Somit kann mit der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle Heißdampf zerlegt werden, der thermisch auf eine Prozesstemperatur von gleich oder größer 700°C, dem Temperaturbereich, bei dem eine merkliche Sauerstoffionenleitung zustande kommt, und einen Prozessdruck im Bereich von gleich oder größer 40 bar eingestellt wird, entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung auf ca. 800°C und 50 bar. Die Prozessführung bei hohen Drücken und Temperaturen hat auch den Vorteil, dass der Wasserstoff für seine weitere Verwendung in einem Synthesegasprozess nicht zusätzlich verdichtet oder erwärmt werden muss. So ist bei dem Druck von 50 bar gewährleistet, dass am Ausgang der Elektrolysezelle der Wasserstoff zur Verfügung steht, der nach seiner Abkühlung und Ableitung den für das Zusetzen in diesen nachfolgenden Prozess erforderlichen Druck aufweist.
Die Gewinnung des Heißdampfes erfolgt bevorzugt aus Nassdampf, welcher in einem Dampferzeuger thermisch auf den Prozessdruck des Heißdampfes eingestellt wird, indem das Wasser im Dampferzeuger auf die dem Prozessdruck entsprechende Siedetemperatur von Wasser erhitzt und anschließend auf die Prozesstemperatur überhitzt wird. Auf diese Weise wird ebenfalls verhindert, dass der heiße Dampf durch zusätzliche mechanische Verfahren auf den Prozessdruck der Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse verdichtet werden muss.
Der Aufgabenstellung hinsichtlich eines energieeffizienten Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyseverfahrens wird eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gerecht, indem der Heißdampf in einem der Elektrolysezelle vorgeschalteten Wärmetauscher auf seine erforderliche Prozesstemperatur unter Nutzung von Abwärme erhitzt wird.
Da der aus der Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse gewonnene Sauerstoff und Wasserstoff eine Temperatur aufweist, mit welcher beide Gase nicht weiter verwendet werden können, ist es günstig, die Abwärme aus der Kühlung des aus der Sauerstoff-Ableitung abgeführten Sauerstoffs und/oder des aus der Wasserstoff-Ableitung abgeführten Wasserdampf-Wasserstoff-Gemischs in das System zurückzuführen und somit einen weiteren Effizienzgewinn zu erzielen. Die zusätzliche oder alternative Kopplung der Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse mit einem anderen Hochtemperaturprozess, welcher Produkte mit Temperaturen über der Temperatur der Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse liefert, gestattet es sogar, das Heißgas ausschließlich durch Nutzung der Abwärme aus der Kühlung dieser Produkte auf die erforderliche Temperatur einzustellen. In aufeinander folgenden Schritten mit verschiedenen Temperaturstufen, die entsprechend der Temperaturen der Endprodukte der Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse und der Produkte des Hochtemperaturprozesses erreichbar sind, kann der Heißdampf auf die erforderliche Temperatur erhitzt werden. Infolge der Kopplung mit einem Hochtemperaturprozess wird die erforderliche thermodynamische Energie aus dessen Abwärme gewonnen, insbesondere aus dessen Hochtemperaturwärme, die in den konventionellen Verfahren für die Dampferzeugung exergetisch ungenügend genutzt wird.
Besondere Synergieeffekte lassen sich erzielen, wenn der Hochtemperaturprozess eine thermische Vergasung zur Synthesegaserzeugung ist. Hierbei kann durch die Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse Sauerstoff gewonnen werden, welcher der Vergasungsluft zugesetzt wird und im Vergasungsprozess den Luftstickstoff verdrängt. Darüber hinaus wird mit dem gewonnenen Wasserstoff das Vergasungsgas durch die spezifische Zunahme von Wasserstoff aufgewertet und erfolgt durch die Zuspeisung von Wasserstoff aus der Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse zum Synthesegas eine Erhöhung des Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Verhältnisses, wodurch insbesondere für die Nutzung als Synthesegas für die Erzeugung niedermolekularer Kohlenwasserstoffe die externe Zuspeisung von Wasserstoff vermindert oder gar vermieden und die Ausbeute an Syntheseprodukte erhöht werden. Insbesondere bei der Gewinnung von regenerativen Treibstoffen aus Biomasse mittels Synthese aus Biomasse-Vergasungsgas führt die Erfindung zu einer wesentlich höheren Qualität und Effizienz des Gesamtprozesses und trägt damit zu dessen Wirtschaftlichkeit bei.
Bei einer thermischen Vergasung von fossilen oder biogenen Stoffen hat das dabei gewonnene Synthesegas eine Temperatur von ca. 1000 bis 1400°C, wodurch der Heißdampf auf die für die Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse bevorzugten 800°C oder auch auf höhere Temperaturen, beispielsweise um der Elektrolysezelle selbst Prozesswärme zuzuführen, erwärmt werden kann. Die Nutzung der Abwärme des Hochtemperaturprozesses zur Erzeugung des Heißdampfes erfolgt in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, indem der Wasserdampf direkt oder indirekt über einen geeigneten Wärmetauscher, beispielsweise einen Überhitzer geleitet wird, welcher direkt oder indirekt von der Abwärme des Abgases des Hochtemperaturprozesses gespeist wird.
Ein Überhitzer ist eine bekannte Vorrichtung, in welcher Wasserdampf über seine Verdampfungstemperatur hinaus weiter erhitzt wird. Dies wird erreicht, indem der durch die Erhitzung von Wasser erzeugte Nassdampf nochmals erhitzt und somit trocken wird. Das mit dem Überhitzer verbundene Verfahren erhöht den Wärmeinhalt des Dampfes und verringert gleichzeitig die Neigung zu Kondensation.
Da der Heißdampf in einer Elektrolysezelle in der Regel nicht vollständig zerlegt wird, tritt aus der Elektrolysezelle anstelle reinen Wasserstoffs ein Wasserdampf-Wasserstoff-Gemisch aus. Da dieses Gemisch wie auch der Sauerstoff zur Vorwärmung des zu verdampfenden Wassers genutzt wird, gleichzeitig aber der Restwasserdampf aus dem Gemisch für die weitere Verwendung des Wasserstoffs ausgeschieden werden muss, erweist es sich als besonders günstig, wenn das Wasserdampf-Wasserstoff-Gemisch zur Kühlung in einen Kondensator eingeleitet wird, wo gleichzeitig auch der Restwasserdampf des Gemisches kondensiert. Das Kondensat kann wieder der Einspeisung von Wasser in das System zugeführt werden und hat in vorteilhafter Weise bereits die Temperatur des Heißwassers in diesem Prozessschritt.
Die Vorrichtung und das Verfahren zur Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse sollen in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt in
1 eine schematische Schnittdarstellung einer Elektrolysezelle,
2 ein Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse-Modul mit drei Elektrolysezellen nach 1.
Die in 1 dargestellte Elektrolysezelle 1 besteht aus einem druck- und temperaturfesten Außengefäß 2 aus Metall, welches als einseitig offenes Rohr ausgebildet ist und am offenen Ende in einem Flansch 3 endet. An seinem geschlossenen Ende weist die Elektrolysezelle 1 eine konzentrische, drosselbare Heißdampf-Zuführung 4 auf. Der Flansch 3 umfasst eine radiale Wasserstoff-Ableitung 5, so dass die Heißdampf-Zuführung 4 und die Wasserstoff-Ableitung 5 so angeordnet sind, dass der äußere Kanal 11 von dem Heißdampf nahezu vollständig durchströmt wird. Gegenüber dem Flansch 3 ist ein Gegenflansch 7 angeordnet, welcher eine radiale Sauerstoff-Ableitung 8 umfasst. Flansch 3 und Gegenflansch 7 sind über eine eingepasste, dichtungsfreie und ringförmige Metalldichtung 9 konzentrisch und druckdicht mittels nicht näher dargestellter Haltemittel miteinander verbunden.
Ein Festkörperelektrolyt in Form eines einseitig geschlossenen Rohres ragt mit seinem geschlossenen Ende konzentrisch soweit in das Außengefäß 2, dass zwischen dem geschlossenen Ende des Außengefäßes 2 und dem Ende des Festkörperelektrolytrohrs 10 ein Abstand verbleibt. Das Festkörperelektrolytrohr 10 ist in die ringförmige Metalldichtung eingeschoben und endet mit einem Abstand zur der Ebene der Oberfläche 6 des Gegenflansches 7. Zu diesem Zweck entspricht der Innendurchmesser der ringförmigen Metalldichtung nahezu dem Außendurchmesser des Festkörperelektrolyten. Der Festkörperelektrolyt ist mit der Metalldichtung 9 mittels Glaskitt isolierend fest verbunden. Somit bildet das Volumen, welches von dem Außengefäß 2, dem Festkörperelektrolytrohr 10 und der Metalldichtung 9 umschlossen wird, einen äußeren Kanal 11 und das Volumen innerhalb des Festkörperelektrolytrohrs 10 einen inneren Kanal 12. Der innere Kanal 12 setzt sich durch die ringförmige Metalldichtung 9 bis in den Gegenflansch 7 fort und endet hinter der Sauerstoff-Ableitung 8.
Das Festkörperelektrolytrohr 10 besteht aus einer elektrisch leitenden Trägerkeramik 13 mit hohem Sauerstoff-Diffusionskoeffizienten, beispielsweise aus Perowskit, und einer nicht näher dargestellten, auf dessen äußerer Mantelfläche 14 aufgebrachten, dotierten Zirkonoxidschicht. Diese ist beispielsweise mit Yttrium dotiert und mit einer ebenfalls nicht näher dargestellten Platinnetzelektrode abgedeckt. Während die elektrisch leitende Trägerkeramik 13 die Anode des Festkörperelektrolytrohrs 10 und der daran grenzende innere Kanal 12 den Anodenkanal bildet, fungiert die Platin-Elektrode als Kathode und der daran grenzende äußere Kanal 11 als Kathodenkanal. Der innere Kanal 12 und der äußere Kanal 11 sind bis zur Oberfläche des Flansches 6 mit einem elektrisch leitenden Haufwerk 16, beispielsweise Silberwolle, ausgefüllt.
In den inneren Kanal 12 ragt mittig und bis nahezu an das geschlossene Ende des Festkörperelektrolytrohrs 10 ein Elektrodenstab 17, welcher über eine Stopfbuchse 18 durch den Gegenflansch 7 geführt und mit einer am äußeren Ende sowie drei weiteren, innerhalb des Gegenflansches 7 angeordneten Distanz-Zentrierscheiben 19 im Gegenflansch 7 befestigt ist. Die elektrische Kontaktierung der Anode erfolgt über den Elektrodenstab 17 sowie das Haufwerk 16 im inneren Kanal 12 und der Kathode über die metallische Wandung des Außengefäßes 2 sowie das Haufwerk 16 im äußeren Kanal 11.
In 2 wird schematisch ein Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse-Modul mit mehreren Elektrolysezellen 1 dargestellt, welches für die industrielle Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse Verwendung findet. In dem dargestellten Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse-Modul werden beispielsweise drei Elektrolysezellen 1 der 1 parallel nebeneinander angeordnet und mit gemeinsamen Sauerstoff- 8 und Wasserstoff-Ableitungen 5 sowie einer gemeinsamen Heißdampf-Zuführung 4 verbunden. Mittels einer auf die Anzahl der parallelen Elektrolysezellen 1 und der Leitungslänge abgestimmten Querschnittsführung der Heißdampf-Zuführung 4 erfolgt die Einspeisung des Wasserdampfs in jede einzelne Elektrolysezelle 1 mit dem erforderlichen Druck.
Jede Elektrolysezelle 1 ist mit je einem Verbindungs- und Absperrorgan 20 mit der Heißdampf-Zuführung 4, der Wasserstoff- 5 und der Sauerstoff-Ableitung 8 verbunden. Dieses Verbindungs- und Absperrorgan 20 gestattet die Stilllegung und die Demontage einzelner Elektrolysezellen 1, ohne das Gesamtsystem außer Betrieb zu setzen oder zu belüften. Das Verbindungs- und Absperrorgan 20, weches eine Elektrolysezelle 1 mit der Heißdampf-Zuführung 4 verbindet, gestattet gleichzeitig die Drosselung der Heißdampf-Zufuhr für eine optimale Prozessführung. Zur Kontaktierung der Anoden über die einzelnen Elektrodenstäbe 17 und der Kathoden über die Wandungen der einzelnen metallischen Außengefäße 2 sind ein gemeinsamer Anodenanschluss 21 und ein gemeinsamer Kathodenanschluss 22 angeordnet.
Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse-Module der 2 lassen sich mittels der in der Heißdampf-Zuführung 4 und der Wasserstoff- 5 sowie Sauerstoff-Ableitungen 8 angeordneten, schematisch dargestellten Verbindungsmittel 23 zu einer industriellen Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse-Anordnung verbinden.
Das Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyseverfahren ist mit einem thermischen Vergasungsverfahren wärmetechnisch gekoppelt, in welchem die Kohlenwasserstoffe aus fossilen oder biogenen Stoffen unter Vorhandensein von Sauerstoff bei einer Temperatur von etwa 1000°C gespalten werden und unter Zusatz von Wasserstoff Synthesegas mit einem definierten Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Verhältnis hergestellt wird.
Zur Durchführung des Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyseverfahrens wird Wasser über eine Wasseraufbereitung mit mit Umgebungstemperatur in das System gespeist. Nachfolgend wird das Wasser über einen ersten Wärmetauscher geführt, in welchen der ca. 800°C heiße Sauerstoff aus der Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse geleitet und auf vorzugsweise 200°C abgekühlt und damit das Wasser in einer ersten Stufe auf ca. 50°C erwärmt wird. In einer Förderpumpe wird das erwärmte Wasser auf einen Druck von 40 bar verdichtet. Das erwärmte Wasser wird anschließend durch einen Kondensator geführt. Dort dient das Wasser der Kühlung des ca. 800°C heißen Wasserstoff-Wasserdampf-Gemisches aus der Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse auf vorzugsweise 200°C sowie der Kondensation des Restwasserdampfs des Wasserstoff-Wasserdampf-Gemisches. Das heiße Kondensat wird nachfolgend dem System zugeführt. Nach dem Kondensator weist das Wasser eine Temperatur von ca. 120°C auf.
Durch die weitere Erwärmung des Wassers in einem Dampferzeuger, welcher als zweiter Wärmetauscher ausgeführt ist, wird Wasserdampf mit einer Temperatur von ungefähr 250°C und einem Druck von 40 bar (Nassdampf) erzeugt. Zu diesem Zweck wird das Wasser unter Nutzung der Abwärme aus einer zweiten Kühlung des Synthesegases auf seine von dem Wasserdruck abhängige Siedetemperatur von ca. 250°C erhitzt, wodurch sich der Druck des Nassdampfes als Dampfdruck auf ca. 40 bar einstellt. Der Nassdampf wird in einem nachfolgenden Überhitzer auf die für die Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse erforderliche Temperatur, im Ausführungsbeispiel auf 800°C eingestellt (Heißdampf). In den Überhitzer wird zu diesem Zweck über eine Synthesegasleitung Synthesegas aus einer thermischen Vergasung mit einer Temperatur von ca. 900°C eingeleitet und durch die Erzeugung des Heißdampfes auf ca. 700°C zum ersten Mal abgekühlt. Das 700°C heiße Synthesegas wird zur Erzeugung des Nassdampfes im Dampferzeuger zum zweiten Mal gekühlt.
Der Heißdampf wird über die Heißdampf-Zuführung 4 in den äußeren Kanal 11 der einzelnen Elektrolysezellen 1 der Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse-Anordnung gemäß 2, symbolisch durch die Kontur einer Elektrolysezelle 1 dargestellt, eingeleitet, durchströmt den äußeren Kanal 11 und wird durch die an den Kathoden und Anoden der einzelnen Elektrolysezellen 1 anliegende Gleichspannung in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Der Strom-Spannungs-Arbeitspunkt der Elektrolysezellen 1 wird derart eingestellt und geregelt, dass der Stromwert einen für den Betrieb des Festkörperelektrolyten typischen Wert annimmt.
Der Sauerstoff wird in ionisierter Form jeweils durch das Festkörperelektrolytrohr 10 in den inneren Kanal 12 der Elektrolysezellen 1 transportiert, dort an der Anode zu molekularem Sauerstoff entladen, von wo er durch die gemeinsame Sauerstoff-Ableitung 8 dem ersten Wärmetauscher zugeführt wird. Der Wasserdampfstrom im jeweils äußeren Kanal 11 wird auf seinem Weg zur Wasserstoff-Ableitung 5 sukzessive mit Wasserstoff angereichert, während der Wasserdampfanteil abnimmt. Das wasserstoffreiche Wasserstoff-Wasserdampf-Gemisch wird über die Wasserstoff-Ableitung 5 in den Kondensator geleitet, um dort den Restwasserdampf zu kondensieren und den Wasserstoff abzutrennen. Das Drucksystem ist mit einer Drossel, die in der Wasserstoff-Ableitung hinter dem Kondensator angeordnet ist, schließbar.
Bezugszeichenliste

1: Elektrolysezelle
2: Außengefäß
3: Flansch
4: Heißdampf-Zuführung
5: Wasserstoff-Ableitung
6: Oberfläche des Gegenflansches
7: Gegenflansch
8: Sauerstoff-Ableitung
9: dampfdichter Verschluss, Keramikdichtung, Metalldichtung
10: Festkörperelektrolytrohr
11: äußerer Kanal
12: innerer Kanal
13: Trägerkeramik
14: äußere Mantelfläche
15: innere Mantelfläche
16: Haufwerk, Silberwolle oder Schmelze
17: Elektrodenstab
18: Stopfbuchse
19: Distanz-Zentrierscheibe
20: Verbindungs- und Absperrorgan
21: Anodenanschluss
22: Kathodenanschluss
23: Verbindungsmittel

Claims

Vorrichtung zur Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse, nachfolgend als Elektrolysezelle bezeichnet, welche als zweikanaliges Gefäß ausgebildet ist, wobei in einen der Kanäle Wasserdampf unter hohem Druck und hoher Temperatur, nachfolgend als Heißdampf bezeichnet, einleitbar ist, die Elektrolysezelle (1) ein Festkörperelektrolytrohr (10) aufweist, dessen erste Mantelfläche eine flächenhafte, dampf- und gasdurchlässige Kathode und dessen zweite, der ersten Mantelfläche gegenüberliegende Mantelfläche eine flächenhafte, gasdurchlässige Anode aufweist und die Kathode an den Heißdampf führenden Kanal grenzt, wobei das Gefäß als zweikanaliges Druckgefäß ausgebildet ist, in welchem das Festkörperelektrolytrohr (10) die zwei Kanäle gegeneinander gas- und druckdicht derart abgrenzt, dass ein äußerer (11) und ein innerer Kanal (12) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, die Kathode aufweisende Mantelfläche des Festkörperelektrolytrohrs (10) an den äußeren Kanal (11) grenzt, als die äußere Mantelfläche (14) bezeichnet, und die zweite, die Anode aufweisende Mantelfläche an den inneren Kanal (12) grenzt, als die innere Mantelfläche (15) bezeichnet, dass der innere Kanal (12) eine Ableitung für Sauerstoff, nachfolgend als Sauerstoff-Ableitung (8) bezeichnet, aufweist und dass Kathode und Anode mittels elektrisch leitfähiger, in den äußeren (11) und den inneren Kanal (12) eingebrachter Haufwerke oder Silberwolle oder gas- und dampfdurchlässiger Schmelzen (16) flächig elektrisch kontaktiert sind, wobei die elektrische Kontaktierung des Haufwerks, der Silberwolle oder der Schmelzen (16) im äußeren Kanal (11) mittels der Wandung eines metallischen Außengefäßes (2) der Elektrolysezelle (1) und/oder die elektrische Kontaktierung des Haufwerks, der Silberwolle oder der Schmelzen (16) im inneren Kanal (12) mittels eines Elektrodenstabes (17) ausgeführt ist, welcher druckdicht in den inneren Kanal (12) ragt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haufwerke aus metallischen oder keramischen oder metallkeramischen, als Einzelleiter dienenden Elementen bestehen oder metallische Schmelzen (16) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Festkörperelektrolytrohr (10) aus einer inneren, elektrisch leitfähigen Trägerkeramik (13) mit hohem Sauerstoff-Diffusionskoeffizienten als Anode ausgebildet ist, welche außen eine dotierte Zirkonoxidschicht aufweist, die mit einer Platinelektrode als Kathode abgedeckt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Festkörperelektrolytrohr (10) zur Sauerstoff-Ableitung (8) hin einseitig offen ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweikanalige Druckgefäß mittels druckdichter Keramikdichtung (9) dampf- und gasdicht verschließbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikdichtung (9) aus dem Material der Trägerkeramik des Festkörperelektrolyten (10) besteht
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweikanalige Druckgefäß mittels druckdichter Metalldichtung (9) dampf- und gasdicht verschließbar ist und das Metall einen Ausdehnungskoeffizienten vergleichbar mit dem der Trägerkeramik (13) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall- oder Keramikdichtung als zylindrische Schwalbenschwanzdichtung ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das offene Ende des Festkörperelektrolytrohrs (10) mit hochtemperaturfestem Glaskitt mit der Dichtung (9) zum Verschluss des Druckgefäßes verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolysezelle (1) eine Heizung aufweist, die elektrisch und/oder durch indirekte Wärmeübertragung mittels Wärmeträger unter Nutzung von Abwärme gespeist wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger Flüssigmetall ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Elektrolysezellen (1) parallel angeordnet sind und eine gemeinsame Heißdampf-Zuführung (4) aufweisen, deren Querschnitt so wechselt, dass an jeder Elektrolysezelle (1) der Heißdampf mit nahezu einheitlichem Druck anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Heißdampf-Zuführung (4) vor einer Elektrolysezelle (1) ein Verbindungs- und Absperrorgan (20) aufweist, welches gleichzeitig Absperr- und Drosselorgan der Heißdampf-Zuführung (4) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel angeordneten Elektrolysezellen (1) eine gemeinsame Sauerstoff- und/oder Wasserstoff-Ableitung (5) aufweisen, welche jeweils vor derselben Elektrolysezelle (1) ein Verbindungs- und Absperrorgan (20) aufweisen, welches gleichzeitig Absperr- und Drosselorgan derjenigen Ableitung ist.
Verfahren zur Hochtemperatur-Dampf-Elektrolyse in einer Elektrolysezelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Wasserdampf unter hohem Druck und hoher Temperatur als Heißdampf einem äußeren, an die Kathode des Festkörperelektrolytrohrs (10) grenzenden Kanal zugeführt und in diesem Kanal in Wasserstoff und Sauerstoff in ionisierter Form zerlegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff in ionisierter Form durch das Festkörperelektrolytrohr (10) hindurch in den inneren Kanal (12) transportiert und der Sauerstoff von dort abgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Kanal (11) mit Heißdampf mit einer Prozesstemperatur von gleich oder größer 700°C und einem Prozessdruck im Bereich von gleich oder größer 40 bar beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Kanal (11) mit Heißdampf von ca. 800°C und 50 bar beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißdampf aus Nassdampf gewonnen wird, welcher in einem Dampferzeuger (29) thermisch auf den Prozessdruck des Heißdampfes eingestellt wird, indem der Nassdampf auf die Siedetemperatur von Wasser bei dem Prozessdruck erhitzt und anschließend auf die Prozesstemperatur überhitzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißdampf unter Nutzung von Abwärme auf seine Prozesstemperatur erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißdampf in einem Überhitzer (30) erhitzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme aus der Kühlung des aus der Sauerstoff-Ableitung (8) abgeführten Sauerstoffs und/oder des aus der Wasserstoff-Ableitung (5) abgeführten Wasserdampf-Wasserstoff-Gemischs und/oder der Kühlung der Produkte eines anderen Hochtemperaturprozesses gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperaturprozess eine thermische Vergasung zur Synthesegaserzeugung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Wasserstoff-Ableitung (5) austretende Wasserdampf-Wasserstoff-Gemisch in einen der Elektrolysezelle (1) nachgeschalteten Kondensator (27) eingeleitet wird, in welchem der Restwasserdampf auskondensiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Elektrolysezellen (1) parallel angeordnet sind und mittels gemeinsamer Heißdampf-Zuführung (4) mit Heißdampf nahezu einheitlichen Drucks und einheitlicher Temperatur beaufschlagt werden.