Hoffnung auf mehr Wasserstoff: Helmholtz Dresden will Stör-Blasen in Elektrolyseuren ausmerzen
Bläschen aus Gas und Elektrolyseur-Tropfen drücken bisher die Ausbeute der Wasserspalter
Dresden, 1. Juni 2025. Damit Elektrolyseure künftig weniger Strom verbrauchen und mehr Wasserstoff für Wirtschaft und Verkehr liefern, wollen Helmholz-Forscher aus Dresden die überflüssigen Gasbläschen an den Elektroden loswerden. Die nämlich binden den Wasserstoff, statt ihn freizusetzen, zudem mindern sie die Effizienz der Elektroden. Einem Team vom Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) ist es nun gemeinsam mit niederländischen Kollegen gelungen, die Blasenprozesse in den Wasserspaltern sichtbar zu machen und zu analysieren.
„Wichtiges Puzzleteil, wenn wir Elektrolyseure effizienter machen wollen“
„Die Dynamik der Gasblasen zu verstehen, ist ein wichtiges Puzzleteil, wenn wir Elektrolyseure effizienter machen wollen“, betont Direktorin Prof. Kerstin Eckert vom HZDR-Institut für Fluiddynamik. „Dabei sind wir jetzt einen deutlichen Schritt vorangekommen, weil wir erstmals die Vorgänge im Inneren der Gasblasen analysieren konnten.“
Blasen-Dynamik offenbarte sich bei Experimenten in Schwerelosigkeit
Bei einem Parabelflug gen Weltraum, der für kurze Zeit Experimente in der Schwerelosigkeit erlaubte, hatte HZDR-Forscher Dr. Aleksandr Bashkatov bereits festgestellt, dass die lästigen Blasen an den Elektroden eben nicht nur Wasserstoffgas enthalten, sondern zusätzlich auch einen feinen Sprühnebel aus Mikrotropfen des Elektrolyten, also der Flüssigkeit, mit der der Elektrolyseur betrieben wird, zum Beispiel Kalilauge. Bashkatov und seine Kollegen analysierten dieses Problem nach dem Flug mit Simulationen und Experimenten auf der Erde genauer. So beleuchtete das Team die Bläschen unter anderem mit parallelen Lichtstrahlen und stellten dahinter eine Kamera auf. Die zeigte die unerwünschten Mikrotropfen im Gas als schwarze Punkte. „ Ein zusätzlicher Laserlichtschnitt nutzt die Mikrotropfen als Tracer und misst so das Strömungsfeld im Inneren der Blase“, heißt es vom HZDR.
Teppich zieht sich zu großen Blasen zusammen
Dabei offenbarte sich, dass sich an den Elektroden viele winzige Mikroblasen zunächst eine Art Teppich bilden, um dann schnell hintereinander mit einer großen Blase zu verschmelzen. „Dabei wird ein Teil der Oberflächenenergie der kleinen Blasen in kinetische Energie umgewandelt und kann die Grenzfläche zwischen Gas und Elektrolyt so stark verformen, dass Elektrolyt-Flüssigkeit in die Blase eindringt“, skizzieren die Forscher ihre Befunde. „Die Flüssigkeit wird in Form eines ,Mikrojets‘ mit hoher Geschwindigkeit in die große Blase injiziert und zerfällt dort in eine Wolke winziger Tröpfchen, die der inneren Strömung folgend durch die Blase wirbeln.“
In Folgeprojekten wollen die Wissenschaftler nach Wegen suchen, wie sich die störende Blasen-Bildung unterbinden oder zumindest mindern lässt. Das wirtschaftliche Potenzial dieser Untersuchungen ist immens. Denn Chemiefabriken, Stahlwerke und andere Großabnehmer werden in Zukunft enorme Wasserstoff-Mengen aus Elektrolyseuren brauchen, um sich von Erdgas und anderen fossilen Stoffen in Zukunft zu lösen. Da kann jeder Prozentpunkt Zusatz-Ausbeute über Millionen Kubikmeter europaweit entscheiden – und den Preis für elektrisch gewonnenen Wasserstoff stark beeinflussen.
Autor: hw
Quellen: HZDR, Oiger-Archiv
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