Prozessanalyse bei der Anionenaustauschmembran-Elektrolyse (AEM): Überwachung des Membranzustands und der Karbonatbildung
Die Anionenaustauschmembran-Elektrolyse (AEM) ist eine äußerst vielversprechende Technologie, die die geringen Investitionskosten der AEC (bei der Übergangsmetallkatalysatoren anstelle von Edelmetallen zum Einsatz kommen) mit der hohen Leistungsdichte und dem dynamischen Ansprechverhalten der PEM verbindet. AEM-Membranen sind jedoch chemisch empfindlich und erfordern eine gezielte Online-Diagnostik, um einen plötzlichen Leistungsabfall des Brennstoffzellenstapels zu verhindern.
Technische Herausforderungen in AEM-Anlagen
Elektrolytkarbonatisierung (CO₂-Eintritt): AEM-Systeme werden in der Regel mit verdünnten alkalischen Lösungen (0,1 M KOH oder NaHCO₃) betrieben. Wenn Kohlendioxid (CO₂) aus der Umgebung in das System eindringt, reagiert es unter Bildung von Karbonaten (CO₃²⁻/HCO₃⁻), was die Ionenleitfähigkeit der Membran drastisch verringert und die Leistung der Zelle beeinträchtigt.
Thermische und chemische Beanspruchung der Membran: Unter dynamischen industriellen Belastungen unterliegen AEM-Membranen einer chemischen Zersetzung, wodurch Spuren von stickstoffhaltigen Verbindungen – vor allem Ammoniak (NH₃) – in das Abgas freigesetzt werden.
Kritische analytische Messpunkte (MPs)
MP 1: Eindringen von CO₂ und Verhinderung der Karbonisierung
Das Prozessziel: Überwachung des Zuluft- oder Speisewasserkreislaufs, um zu verhindern, dass sich Spuren von CO₂ im Elektrolyten lösen.
Die analytische Herausforderung: Das Erkennen kleiner Schwankungen des Kohlendioxidgehalts im Hintergrund, bevor es zur Karbonisierung kommt.
MZD Solution Link: Dies wird von unserem äußerst stabilen NDIR-Kohlendioxid-Analysator, mit integrierter Temperatur- und Druckkompensation zur Vermeidung von Umgebungsdrift.
MP 2: Diagnose des Membranzustands (NH₃-Überwachung)
Das Prozessziel: Erkennung eines beginnenden Membranabbaus bei AEM-Membranen durch Messung von Spuren von Ammoniak (NH₃), das in den Gasstrom freigesetzt wird.
Die analytische Herausforderung: Ammoniak ist ein äußerst klebriges, reaktives Gas. Es muss in Echtzeit bis in den ppm-Bereich hinein gemessen werden, ohne dass es zu Störungen durch H₂ oder Wasserdampf im Hintergrund kommt.
MZD Solution Link: Wir lösen dieses Problem mit unserer hohen Selektivität TDLAS-Laser-Ammoniak (NH₃)-Analysator. Mithilfe der berührungslosen Laserabsorption liefert das Gerät sofortige NH₃-Messwerte, die nicht durch die Hintergrundfeuchtigkeit beeinflusst werden.
MP 3: Sicherer Übergang und Reinheitsprüfung
Das Prozessziel: Gewährleistung der Kreuzkontaminationssicherheit an den Gas-Flüssigkeits-Abscheidern.
MZD Solution Link: Eine standardisierte Sicherheitsüberwachung wird über unsere Zweikanal-Wärmeleitfähigkeitsmessung erreicht Wasserstoffanalysator mit MZD VaporSense™-Technologie und Optischer Sauerstoffanalysator mit MZD BaroSense™-Technologie.
Kontakt
Für ausführliche technische Unterlagen, einschließlich Prozessinstrumentierungspläne und anwendungsspezifischer Messempfehlungen, wenden Sie sich bitte an: sales@mzdd.de.