Gasgenerator und Wasserstoffgenerator: Wer benötigt sie und warum?

Was ist ein Gasgenerator und was genau macht er?

Der Begriff Gasgenerator beschreibt keine einzelne Technik. Gemeint sind Anlagen, die ein benötigtes Gas vor Ort erzeugen oder aus einem vorhandenen Gasgemisch abtrennen. Häufig betrifft dies Stickstoff, Sauerstoff oder Wasserstoff.

Je nach Gas kommen unterschiedliche Verfahren zum Einsatz. Druckwechseladsorption und Membrantechnik eignen sich beispielsweise für bestimmte Luftgase. Die erzeugte Gasmenge kann dabei kontinuierlich an einen nachgeschalteten Prozess abgegeben oder zwischengespeichert werden.

Welche Branchen setzen einen Gasgenerator ein?

Ein sogenannter Gasgenerator wird vor allem dort interessant, wo technische Gase regelmäßig und in vorhersehbaren Mengen benötigt werden. Die lokale Produktion kann Transportwege und die Lagerung größerer Gasvorräte überflüssig machen.

Reinheit, Volumenstrom und Druck müssen allerdings zum jeweiligen Prozess passen. Typische Einsatzfelder sind:

• Metallbearbeitung, Schweißtechnik und Wärmebehandlung
• Lebensmittelproduktion und Verpackungsprozesse
• Chemische und pharmazeutische Verfahren
• Labor- und Analyseanwendungen
• Wasser- und Abwasserbehandlung

Ein Sauerstoffgenerator erfüllt andere Anforderungen als eine Anlage zur Stickstofferzeugung. Deshalb beginnt die technische Auswahl immer mit dem Gasbedarf des jeweiligen Prozesses.

Wie funktioniert ein Gasgenerator technisch betrachtet?

Bei der Druckwechseladsorption werden Bestandteile eines Gasgemisches unterschiedlich stark an spezielle Materialien gebunden. Hierdurch lassen sich beispielsweise Stickstoff oder Sauerstoff aus Luft gewinnen.

Membransysteme nutzen dagegen unterschiedliche Durchlässigkeiten einzelner Gaskomponenten. Die Auswahl des Verfahrens beeinflusst den Energiebedarf, die Reinheit und den erreichbaren Gasstrom.

Auch Schwankungen im Verbrauch sind relevant. Ein Gasgenerator muss daher nicht nur die maximale Leistung erreichen, sondern innerhalb des benötigten Betriebsbereichs möglichst stabil arbeiten.

Was unterscheidet einen Wasserstoffgenerator von einem Gasgenerator?

Ein Wasserstoffgenerator ist auf die gezielte Herstellung von Wasserstoff ausgerichtet. Im technischen Sprachgebrauch handelt es sich häufig um einen Elektrolyseur, der Wasser mithilfe elektrischer Energie zerlegt. Dabei entstehen Wasserstoff und Sauerstoff.

Kleine Anlagen können Wasserstoff für analytische Geräte oder Forschungsanwendungen bereitstellen. Industrielle Elektrolyseure arbeiten dagegen mit erheblich größeren Leistungen. Hierdurch reicht die Bandbreite von kompakten Laborgeräten bis zu Anlagen für industrielle Produktions- und Energiesysteme.

Wie erzeugt ein Wasserstoffgenerator den benötigten Wasserstoff?

Bei der Wasserelektrolyse wird elektrische Spannung an Elektroden angelegt. Je nach Verfahren unterscheiden sich Elektrolyt, Membran, Betriebstemperatur und konstruktiver Aufbau.

Zu den etablierten Technologien gehören die alkalische Elektrolyse, die PEM-Elektrolyse und Hochtemperaturverfahren. Die DECHEMA beschreibt die Wasserelektrolyse als zentrale Technologie für die künftige Wasserstofferzeugung.

Bei der alkalischen Elektrolyse wird Wasserstoff an der Kathode gebildet, während auf der Anodenseite Sauerstoff entsteht. Für den Betrieb sind unter anderem geeignetes Wasser, elektrische Energie und die notwendige Infrastruktur erforderlich.

Welche Einsatzmöglichkeiten bietet ein Wasserstoffgenerator?

Wasserstoff wird sowohl als Prozessgas als auch als Ausgangsstoff für chemische und energietechnische Verfahren eingesetzt. Die Anforderungen unterscheiden sich erheblich.

Für analytische Anwendungen kann beispielsweise eine besonders hohe Reinheit wichtiger sein als ein großer Volumenstrom. Bezüglich der Auslegung spielen insbesondere folgende Punkte eine Rolle:

• Benötigte Wasserstoffmenge und geforderte Reinheit
• Erforderlicher Ausgangsdruck
• Verfügbarer Strom und verfügbare Wasserqualität
• Vorgesehene Betriebsdauer und Lastschwankungen
• Anforderungen an Aufstellung und Sicherheit

Ein sogenannter Wasserstoffgenerator muss deshalb immer zum konkreten Verbraucher passen. Eine möglichst hohe Erzeugungsleistung allein ist kein ausreichendes Qualitätsmerkmal.

Warum kann ein Gasgenerator eine dezentrale Versorgung ermöglichen?

Eine Vor-Ort-Erzeugung kann besonders bei regelmäßigem Gasbedarf interessant sein. Das Fraunhofer IKTS untersuchte beispielsweise dezentrale Sauerstoffgeneratoren auf Basis keramischer Membranen.

Das Institut nennt als einen Vorteil, dass Sauerstoff am Einsatzort erzeugt werden kann und hierdurch die Abhängigkeit von Gaslieferungen sinkt.

Die wirtschaftliche Bewertung hängt jedoch vom Verfahren und von der Auslastung ab. Der Energiebedarf, die Wartung, die Anschaffungskosten und die benötigte Reinheit müssen den Kosten einer externen Versorgung gegenübergestellt werden. Auch eine ausreichende technische Infrastruktur bleibt erforderlich.

Inwiefern unterscheidet sich ein Gasgenerator von einem Wasserstoffgenerator?

Ein Gasgenerator und ein Wasserstoffgenerator unterscheiden sich vor allem durch das Zielgas und das verwendete Erzeugungsverfahren. Für die Auswahl zählen die Gasreinheit, der Volumenstrom, der Druck, der Energiebedarf und die Einbindung in bestehende Prozesse.

Hinzu kommen der Platzbedarf, der Wartungsaufwand und die Sicherheitsanforderungen. Ein Gasgenerator eignet sich besonders für Prozesse mit kontinuierlichem oder regelmäßigem Gasbedarf.

Bezüglich eines Wasserstoffgenerators treten zusätzlich die Eigenschaften der Elektrolysetechnik und die Versorgung mit Strom und Wasser in den Vordergrund. Entscheidend bleibt deshalb eine technische Auslegung, die sich am tatsächlichen Bedarf orientiert und nicht allein an der maximalen Anlagenleistung.