JP2017502169A - 電力を融通自在に使用するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

カソード半セル、その中に配置された酸素消費電極、前記カソード半セルにガス状酸素を供給するための導管、および不活性ガスでカソード半セルをパージするための導管を含む、電力を融通自在に使用するための装置は、前記装置内で塩素をクロルアルカリ電気分解によって製造する方法により電力の融通自在の使用を可能にし、その際に、酸素消費電極の電力供給量が低い場合には、ガス状酸素を供給し、かつ第１のセル電圧で酸素消費電極で酸素を還元し、および電力供給量が高い場合には、酸素消費電極に酸素を供給せず、かつ第１のセル電圧よりも高い第２のセル電圧でカソードで水素を発生させる。

Description

本発明は、過剰の電気エネルギーを水素の製造に利用することができる、電力を融通自在に使用するための装置および方法に関する。

再生可能エネルギー、例えば風力エネルギーおよび太陽光エネルギーの使用は、発電のために常にますます重要になっている。電気エネルギーは、典型的には、遠距離の超地域的に国家を越えて接続された電力供給網、略して電力系統と呼称される、を介して、数多くの消費者に供給されている。前記電力系統自体内での電気エネルギーは、かなりの程度、貯蔵が利かないので、電力系統内に供給される電気出力は、消費者側での電力需要、いわゆる負荷率に調整されなければならない。前記負荷率は、周知のように、時間に依存し、殊に一日の中のある時刻、一週間の中のある曜日か、そうでなければ季節に応じて変動する。安定した確実な電力供給のためには、発電と電力購入との連続的な同期化が必要である。任意に起こる短期間のずれは、いわゆる正もしくは負の調整エネルギーまたは調整出力によって解消される。再生発電装置の場合、発電能力がそのつどの時点で存在せずかつ一定の形式で制御可能ではなく、一日の中のある時刻で天候に応じての変動に弱い、一定のタイプ、例えば風力エネルギーおよび太陽光エネルギーの際に、前記変動が条件付きでのみ予想可能でありかつたいていそのつど緊急のエネルギー需要と一致しないという困難が生じる。

変動する再生可能エネルギーからの発電能力と緊急の消費量との差は、通常、他の発電所、例えばガス火力発電所、石炭火力発電所および原子力発電所によって準備される。電力供給に対して、変動する再生可能エネルギーの拡充および割合が増加すると、該再生可能エネルギーの出力と緊急の消費量との間のより大きな変動は、常に解消されなければならない。すなわち、既に現在、ガス火力発電所と共に、ますます石炭火力発電所も部分負荷率で操業されるか、または前記変動を解消するために、全く操業停止される。前記発電所の変化しやすい操業形式は、かなりの追加費用と結びついているので、しばらく前から、それとは別の手段を開発することが試みられている。

公知の取り組み方は、過剰の電気エネルギーの際に、発電所の出力を変えるためにそれとは別にかまたは補充して、過剰の電気エネルギーを水の電気分解による水素の製造に利用することである。この取り組み方は、過剰の電気エネルギーの場合にのみ運転されかつたいていの場合利用しないままである、水を電気分解するための別の装置を設置しなければならないという欠点を有する。

塩化ナトリウム溶液のクロルアルカリ電気分解による塩素の生産は、最も高い電力消費量を有する工業的プロセスの１つである。クロルアルカリ電気分解には、数多くの平行に運転される電解セルを有する装置が工業的に使用される。この場合、塩素と共に、通常、同時に発生した生成物（Ｋｏｐｐｅｌｐｒｏｄｕｋｔｅ）として、苛性ソーダ液および水素が製造される。前記クロルアルカリ電気分解の電力消費量を減少させるために、電解セルのカソードでプロトンを分子状水素に還元せず、その代わりに酸素消費電極で分子状酸素を水に還元する方法が開発された。酸素消費電極でクロルアルカリ電気分解するための、技術水準から公知の装置は、分子状水素を製造するためには設計されていない。

電力を融通自在に使用するために、電力供給に依存して異なる数の電解セルを運転するように、クロルアルカリ電気分解を運転することは、既に提案された。前記取り組み方は、塩素の生産された量が電力供給と共に変動し、かつ塩素の緊急の需要に相応せず、その結果、クロルアルカリ電気分解の当該運転には、塩素用の大型の中間貯蔵容器が必要とされるか、または後接続された、塩素を消費する装置が電力供給に相応して切り替わる稼働率で運転されなければならないという欠点を有する。しかし、大量の危険物の塩素の中間貯蔵は、安全上の理由から望ましくなく、および僅かな容量を有する、塩素を消費する装置の頻繁な運転は、不経済である。

ところで、上記の装置および方法の欠点は、カソードとしての酸素消費電極を有する、クロルアルカリ電気分解のための電解セルの場合、カソード半セルが該カソード半セルをパージするための導管を装備し、その結果、カソードが電力供給に依存して選択的に水素の製造のため、または酸素の還元のために運転されうることにより、回避されうることが見い出された。

本発明の対象は、アノード半セル、カソード半セルおよび該アノード半セルと該カソード半セルを互いに分ける陽イオン交換膜を有する、クロルアルカリ電気分解のための電解セルと、前記アノード半セル内に配置された、塩素を発生させるためのアノードと、前記カソード半セル内にカソードとして配置された酸素消費電極と、前記カソード半セルにガス状酸素を供給するための導管とを含む、電力を融通自在に使用するための装置であって、該装置が不活性ガスでカソード半セルをパージするための少なくとも１つの導管を有する、前記装置である。

さらに、本発明の対象は、本発明による装置中で塩素をクロルアルカリ電気分解によって製造する、電力を融通自在に使用するための方法であり、その際に、
ａ）電力供給量が低い場合には、酸素消費電極にガス状酸素を供給し、かつ第１のセル電圧で酸素消費電極で酸素を還元し、および
ｂ）電力供給量が高い場合には、酸素消費電極に酸素を供給せず、かつ第１のセル電圧よりも高い第２のセル電圧でカソードで水素を発生させる。

本発明による装置は、アノード半セル、カソード半セルおよび該アノード半セルと該カソード半セルを互いに分ける陽イオン交換膜を有する、クロルアルカリ電気分解のための電解セルを含む。この場合、本発明による装置は、接続されて単極電解槽または双極電解槽となっていてよい幾つかの当該電解セルを含むことができ、その際に、双極電解槽は好ましい。

本発明による装置のアノード半セル内には、塩素を発生させるためのアノードが配置されている。アノードとして、技術水準から公知のアノードは、メンブレン法によるクロルアルカリ電気分解のために使用されてよい。とりわけ、金属チタンからなる担体および酸化チタンと酸化ルテニウムまたは酸化イリジウムとの混合酸化物を有する被覆を有する寸法安定性の電極が使用される。

本発明による装置のアノード半セルおよびカソード半セルは、陽イオン交換膜によって互いに分けられている。陽イオン交換膜として、メンブレン法によるクロルアルカリ電気分解に適していることが公知の全ての陽イオン交換膜が使用されてよい。適当な陽イオン交換膜は、Ｄｕ Ｐｏｎｔ、Ａｓａｈｉ ＫａｓｅｉおよびＡｓａｈｉ ＧｌａｓｓのＮａｆｉｏｎ（登録商標）、Ａｃｉｐｌｅｘ^TMおよびＦｌｅｍｉｏｎ^TMの商品名で入手可能である。

本発明による装置のカソード半セル内には、酸素消費電極がカソードとして配置されている。さらに、本発明による装置は、カソード半セルにガス状酸素を供給するための導管および不活性ガスでカソード半セルをパージするための少なくとも１つの導管を有する。

好ましくは、本発明による装置は、さらに、カソードで形成された水素を分離するためのガス分離器およびこのガス分離器と接続された、不活性ガスでガス分離器をパージするための導管を有する。前記ガス分離器は、カソード半セルの上端でガス捕集器として構成されている。それとは別に、前記ガス分離器は、電解質と水素との混合物をカソード半セルから取り出す導管を介してカソード半セルと接続されていてよい。

好ましい実施態様において、本発明による装置は、平行に配置された電解槽を含む。この場合、前記電解槽のそれぞれは、カソード半セルを有する幾つかの電解セル、ならびに電解槽のカソード半セルにガス状酸素を供給するための共通の導管および不活性ガスで電解槽のカソード半セルをパージするための共通の導管を含む。さらに、前記装置は、電解槽に酸素を供給するための互いに分かれた導管および電解槽に不活性ガスを供給するための分かれた導管を含む。とりわけ、前記電解槽のそれぞれは、電解槽のカソード半セルからの捕集管を介して電解質と水素との混合物が供給されるガス分離器を含む。この実施態様において、前記装置は、とりわけ、電解槽のガス分離器に不活性ガスを供給するための１つ以上の導管を含む。平行に配置された電解槽を有する装置の構成は、僅かな設備費で前記装置の運転を可能にし、この運転の場合、水素を発生させる電解セルの割合は、変わってよい。

とりわけ、前記カソード半セル内での前記酸素消費電極は、カソード半セルが陽イオン交換膜と酸素消費電極との間に電解質によって貫流される電解質空間を有し、かつ該電解質空間とは反対側の表面で酸素消費電極とガス空間が隣接し、該ガス空間にガス状酸素を供給するための導管を介して酸素が供給されうるように配置されている。とりわけ、前記カソード半セルは、不活性ガスで前記ガス空間をパージするための少なくとも１つの導管を有する。前記ガス空間は、カソード半セルの全高に亘って貫通していてよいか、または幾つかの垂直に重なり合って配置されたガスポケットに分割されていてよく、その際に、前記ガスポケットは、それぞれ、電解質空間との圧力平衡のための開口を有する。当該ガスポケットの適当な実施態様は、当業者に公知であり、例えば独国特許出願公開第４４４４１１４号明細書から公知である。

前記電解質空間は、前記実施態様の際にとりわけ、陽イオン交換膜と酸素消費電極との間で気泡が上昇しうるように形成されている。そのために、前記電解質空間は、平らな陽イオン交換膜と平らな酸素消費電極との間の間隙として形成されていてよく、その際に、酸素消費電極は、突起を有することができ、この突起と共に前記酸素消費電極は、陽イオン交換膜上に載置される。それとは別に、前記酸素消費電極は、波形の薄板または折り畳まれた薄板の形で構成されていてよく、前記薄板は、酸素消費電極と陽イオン交換膜との間の前記の波形の薄板または折り畳まれた薄板内に、電解質空間が下方から上向きに延びる通路の形で形成されるように、平らな陽イオン交換膜上に載置され、その結果、前記通路内で気泡が上昇しうる。適当に構造化された酸素消費電極は、国際公開第２０１０／０７８９５２から公知である。好ましくは、前記装置は、電解質空間の上端に水素のためのガス捕集器を有する。

酸素消費電極として、貴金属含有ガス拡散電極が使用されてよい。とりわけ、銀含有ガス拡散電極が使用され、特に好ましくは、金属銀および疎水性ポリマーを含有する多孔質の疎水性ガス拡散層を有するガス拡散電極が使用される。前記疎水性ポリマーは、とりわけフッ素化ポリマー、特に有利にポリテトラフルオロエチレンである。特に好ましくは、前記ガス拡散層は、本質的にポリテトラフルオロエチレンと共に焼結された銀粒子からなる。前記ガス拡散電極は、さらに網状または格子状の担体構造体を含むことができ、前記担体構造体は、とりわけ導電性であり、かつ特に好ましくは、ニッケルからなる。特に適当な多層酸素消費電極は、欧州特許出願公開第２３９７５７８号明細書Ａ２から公知である。ポリマーが結合した銀粒子を有する酸素消費電極は、酸素の還元を伴う運転中ならびに水素発生を伴う運転中に高度な安定性を有する。欧州特許出願公開第２３９７５７８号明細書Ａ２から公知の多層酸素消費電極は、高い差圧で運転されてよく、かつしたがって、全高に亘って貫通するガス空間を有するカソード半セル内で使用されうる。

本発明による装置は、とりわけ、カソード半セルに不活性ガスが供給されうる少なくとも１つの導管、ならびにカソード半セルから不活性ガスが導出されうる少なくとも１つの銅管を含む。前記カソード半セルに不活性ガスが供給されうる導管は、ガス状酸素を供給するための導管とは別にカソード半セルと接続されていてよいか、または前記カソード半セルに不活性ガスが供給されうる導管は、カソード半セルの前方でガス状酸素を供給するための導管と接続されていてよく、その結果、前記接続部とカソード半セルとの間の導管区間は、不活性ガスでパージされうる。不活性ガスがカソード半セルから導出されうる導管は、電解質空間の上端でガス捕集器と接続されていてよいか、または前記の不活性ガスがカソード半セルから導出されうる導管は、カソード半セルの外側に配置された分離装置と接続されていてよく、前記分離装置内でガスは、カソード半セルから流出する電解質と分離される。とりわけ、不活性ガスがカソード半セルから導出されうる導管上には、センサーが配置されており、このセンサーで、導出されるガス中の酸素および水素の含量が測定されうる。

前記酸素消費電極に隣接するガス空間、任意に存在するガスポケット、任意に存在するガス捕集器およびカソード半セルと接続された、ガスを供給および導出するための導管は、とりわけ、不活性ガスでカソード半セルをパージする際に、ガスの僅かな逆混合物だけが発生する。したがって、ガス空間、任意に存在するガスポケットおよび任意に存在するガス捕集器は、できるだけ僅かなガス容積で構成される。

本発明による装置は、さらに、アノード半セル内で発生した塩素のための緩衝貯蔵器を有することができ、この緩衝貯蔵器内には、不活性ガスでのカソード半セルのパージの際に生じる、アノード半セル内での塩素発生の中断が解消されうる量の塩素が貯蔵されうる。

電力を融通自在に使用するための本発明による方法の場合、本発明による装置内で塩素は、クロルアルカリ電気分解によって製造され、かつ前記装置の少なくとも１つの電解セルは、電力供給量に依存して異なるセル電圧で運転される。電力供給量が低い場合、電解セルの酸素消費電極には、ガス状酸素が供給され、かつ第１のセル電圧の際に、酸素消費電極で酸素が還元される。電力供給量が高い場合、前記酸素消費電極には、酸素が供給されず、かつ第１のセル電圧よりも高い第２のセル電圧の際に、カソードで水素が発生される。

高い電力供給量は、電力過剰量からもたらされることができ、および低い電力供給量は、電力不足量からもたらされうる。電力過剰量は、１つの時点で全体で電力が消費されるよりも大量の、再生可能エネルギーからの電力が準備される場合にもたらされる。電力過剰量は、大量の電気エネルギーが変動する再生可能エネルギーから準備されかつ発電所の停止またはスイッチオフが高い費用と結びついている場合にももたらされる。電力不足量は、比較的僅かな量の再生可能エネルギーが使用され、かつ非効率な発電所、または高い費用と結びついた発電所を運転しなければならない場合にもたらされる。また、電力過剰量は、発電装置、例えば風力発電所の経営者が、彼が予め計画しかつ販売するよりも高い出力を生じる場合に問題になりうる。同様に、電力不足量は、前記経営者が予め計画するよりも少ない出力を生じる場合にも問題になりうる。それとは別に、高い電力供給量と低い電力供給量との区別は、電力取引価格に基づくことができ、その際に、低い電力価格は、高い電力供給量に相応し、および高い電力価格は、低い電力供給量に相応する。この場合、高い電力供給量と低い電力供給量との区別には、電力取引に対する電力価格の時間的に変動しうる閾値が使用されうる。

好ましい実施態様において、本発明による方法には、電力供給量に対する閾値が確定される。さらに、規則的または不規則的な間隔で緊急の電力供給量は、算出され、および電解セルは、電力供給量が閾値を下回る場合には、酸素消費電極へのガス状酸素の供給下に第１のセル電圧で運転され、かつ電力供給量が閾値を上回る場合には、酸素消費電極への酸素の供給なしに第２のセル電圧で運転される。前記電力供給量および緊急の電力供給量に対する閾値は、上記したように、発電と電力消費量との差に基づき確定もしくは算出されうるか、発電装置の緊急の仕事率に基づき確定もしくは算出されうるか、または電力取引の電力価格に基づき確定もしくは算出されうる。

異なるセル電圧を有する２つの運転形式を切り換えることによって、本発明による方法の場合、クロルアルカリ電気分解の電力消費量は、融通自在に電力供給量に適合されることができ、そのために、塩素の生産効率は、変化せず、かつ塩素は、中間貯蔵される必要はない。より高い第２のセル電圧によってさらに消費される電気エネルギーは、水素の発生のために使用されかつ電力貯蔵のためにさらなる装置を設置しかつ運転することなく、化学エネルギーの形での過剰の電力の貯蔵を可能にする。この場合、水の電気分解による水素発生の場合よりも、さらに消費されるｋＷｈ当たりの大量の水素が発生される。

酸素消費電極での酸素の還元のための第１のセル電圧に適した値および前記電極での水素の製造のための第２のセル電圧に適した値は、使用される酸素消費電極の構造形式およびクロルアルカリ電気分解に対して設けられた電流密度に依存し、かつ公知方法で２つの運転形式のための電流電圧曲線を測定することによって算出されてよい。

ガス状酸素は、本質的に純粋酸素の形で供給されうるかまたは酸素富有ガスの形で供給されることができ、その際に、酸素富有ガスは、特に酸素を５０体積％を上回って含有し、特に好ましくは、酸素を８０体積％を上回って含有する。とりわけ、酸素富有ガスは、本質的に酸素と窒素とからなり、かつ任意にさらにアルゴンを含有することができる。適当な酸素富有ガスは、公知方法によって、例えば圧力変動吸着法または膜分離法によって空気から得ることができる。

とりわけ、第２のセル電圧での水素発生を第１のセル電圧での酸素還元に切り換える場合、セル電圧は、本質的に電流がもはや流れなくなるまで減少され、およびカソード半セルは、不活性ガスでパージされ、その後に、酸素消費電極にガス状酸素が供給される。同様に、とりわけ、第１のセル電圧での酸素還元を第２のセル電圧での水素発生に切り換える場合、セル電圧は、本質的に電流がもはや流れなくなるまで、減少され、およびカソード半セルは、不活性ガスでパージされ、その後に、カソードで水素が発生される。不活性ガスとして、酸素と着火性の混合物を形成するわけでもなく水素と着火性の混合物を形成するわけでもなく、かつ苛性ソーダ水溶液と反応しない全てのガスが適している。とりわけ、不活性ガスとして窒素が使用される。とりわけ、カソード半セルのパージに基づいて離れるガス中の水素または酸素の含量が確定された限界値未満に低下するまで、不活性ガスでパージされ、かつセル電圧は、減少されたままになる。水素の限界値は、とりわけ、水素含有ガスを純粋酸素と混合することによって着火性混合物がもたらされえないように選択され、および酸素の限界値は、とりわけ、酸素含有ガスと純粋水素とを混合することによって着火性混合物がもたらされえないように選択される。適当な限界値は、ガス混合物の着火性に関する公知の図から確認することができるか、または着火性を測定するための、当業者に公知の方法によって算出されてよい。セル電圧を減少させかつ不活性ガスでパージすることによって、着火性ガス混合物の形成は、本発明による方法の２つの方法形式を変えた際に確実に回避されうる。

第２のセル電圧の場合の水素発生を第１のセル電圧の場合の酸素還元に切り換えた場合、不活性ガスでのパージ後に、とりわけさらになお酸素含有ガスでパージされ、酸素還元の際に、材料輸送の抑制は、酸素消費電極のガス拡散層中での不活性ガスの高い含量によって回避される。

とりわけ、本発明による方法には、期待される電力供給量が予想され、第１のセル電圧および第２のセル電圧での運転のための最小時間が予め設定され、かつガス状酸素の供給下での第１のセル電圧での運転と酸素の供給なしの第２のセル電圧での運転とは、低い電力供給量または高い電力供給量の予想された時間が予め設定された最小時間よりも長い場合にのみ切り換える。当該取り組み方によって、塩素の生産能力の損失は、セル電圧の頻繁な変化、ひいては不活性ガスでのパージ中の塩素生産の連動した中断によって回避されうる。

本発明による方法の好ましい実施態様において、第１のセル電圧での酸素還元を第２のセル電圧での水素発生に切り換えた後に、カソード半セルから水素および不活性ガスを含有するガス混合物は、取り出され、かつ前記ガス混合物から、特に膜を通して水素は分離される。当該分離によって、実際に全ての製造された水素は、高い純度で不変の品質で得ることができる。

とりわけ、本発明による方法は、幾つかの本発明による電解セルを有し、かつ酸素が供給されずかつカソードで水素を発生させる電解セルの割合が電力供給量に依存して変化する装置中で実施される。特に好ましくは、幾つかの平行に配置された電解槽を有する、さらに上記された装置が使用される。このことは、本質的に不変の塩素生産で、クロルアルカリ電気分解の電流消費量の広い範囲内での意図的な調節を可能にする。前記実施態様において、本発明による方法は、負の調整エネルギーを準備するために、塩素生産に対する不利な影響なしに、電力配電回路網の運転に使用されうる。

Claims (16)

1. アノード半セル、カソード半セルおよび該アノード半セルと該カソード半セルを互いに分ける陽イオン交換膜を有する、クロルアルカリ電気分解のための電解セルと、
   塩素を発生させるための、前記アノード半セル内に配置されたアノードと、
   前記カソード半セル内にカソードとして配置された酸素消費電極と、
   前記カソード半セルにガス状酸素を供給するための導管とを含む、電力を融通自在に使用するための装置において、
   該装置が不活性ガスでカソード半セルをパージするための少なくとも１つの導管を有することを特徴とする、前記装置。
2. 前記装置が、さらに、カソードで形成された水素を分離するためのガス分離器およびこのガス分離器と接続された、不活性ガスでガス分離器をパージするための導管を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. ａ）カソード半セルが陽イオン交換膜と酸素消費電極との間に電解質によって貫流される電解質空間を有し、
   ｂ）該電解質空間とは反対側の表面で酸素消費電極とガス空間が隣接し、該ガス空間にガス状酸素を供給するための導管を介して酸素を供給することができ、かつ
   ｃ）前記カソード半セルが、不活性ガスで前記ガス空間をパージするための少なくとも１つの導管を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記ガス空間が、幾つかの垂直に重なり合って配置されたガスポケットに分割されており、および前記ガスポケットが、それぞれ、電解質空間との圧力平衡のための開口を有することを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 前記装置が前記電解質空間の上端に水素のためのガス捕集器を有することを特徴とする、請求項３または４に記載の装置。
6. 前記酸素消費電極が金属銀およびフッ素化ポリマーを含有する、多孔質の疎水性ガス拡散層を有することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の装置。
7. 前記装置が不活性ガスをカソード半セルから導出させることができる導管を含み、かつこの導管上に、不活性ガス中の酸素および水素の含量を測定することができるセンサーが配置されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の装置。
8. 前記装置が幾つかの平行に配置された電解槽を含み、前記電解槽のそれぞれは、カソード半セルを有する幾つかの電解セル、ならびに電解槽のカソード半セルにガス状酸素を供給するための共通の導管および不活性ガスで電解槽のカソード半セルをパージするための共通の導管を含み、および前記装置が、電解槽に酸素を供給するための互いに分かれた導管および電解槽に不活性ガスを供給するための分かれた導管を含むことを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載の装置。
9. 電力を融通自在に使用するための方法において、請求項１から８までのいずれか１項に記載の装置中で、塩素をクロルアルカリ電気分解によって製造し、その際に、
   ａ）電力供給量が低い場合には、酸素消費電極にガス状酸素を供給し、かつ第１のセル電圧で酸素消費電極で酸素を還元し、および
   ｂ）電力供給量が高い場合には、酸素消費電極に酸素を供給せず、かつ第１のセル電圧よりも高い第２のセル電圧でカソードで水素を発生させることを特徴とする、前記方法。
10. 第２のセル電圧での水素発生を第１のセル電圧での酸素還元に切り換える場合、セル電圧を、本質的に電流がもはや流れなくなるまで減少させ、およびカソード半セルを、不活性ガスでパージし、その後に、酸素消費電極にガス状酸素を供給することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 第１のセル電圧での酸素還元を第２のセル電圧での水素発生に切り換える場合、セル電圧を、本質的に電流がもはや流れなくなるまで減少させ、およびカソード半セルを、不活性ガスでパージし、その後に、カソードで水素を発生させることを特徴とする、請求項９または１０に記載の方法。
12. 工程
    ａ）電力供給量に対する閾値を確定する工程、
    ｂ）電力供給量を測定する工程、
    ｃ）電力供給量が閾値を下回る場合には、酸素消費電極へのガス状酸素の供給下に第１のセル電圧で電解セルを運転し、かつ電力供給量が閾値を上回る場合には、酸素消費電極への酸素の供給なしに第２のセル電圧で電解セルを運転する工程、
    ｄ）工程ｂ）とｃ）を繰り返す工程
    を含む、請求項９から１１までのいずれか１項に記載の方法。
13. 窒素を不活性ガスとして使用することを特徴とする、請求項９から１２までのいずれか１項に記載の方法。
14. 第１のセル電圧での酸素還元を第２のセル電圧での水素発生に切り換えた後、カソード半セルから水素および不活性ガスを含有するガス混合物を取り出し、かつこのガス混合物から水素を、膜を通して分離することを特徴とする、請求項９から１３までのいずれか１項に記載の方法。
15. 前記装置は、請求項１から７までのいずれか１項に記載の幾つかの電解セルを有し、かつ酸素が供給されずかつカソードで水素を発生させる電解セルの割合を、電力供給量に依存して変えることを特徴とする、請求項９から１４までのいずれか１項に記載の方法。
16. 期待される電力供給量を予想し、第１のセル電圧および第２のセル電圧での運転のための最小時間を予め設定し、かつガス状酸素の供給下での第１のセル電圧での運転と酸素の供給なしの第２のセル電圧での運転とを、低い電力供給量または高い電力供給量の予想された時間が予め設定された最小時間よりも長い場合にのみ切り換えることを特徴とする、請求項９から１５までのいずれか１項に記載の方法。