Wasseraufbereitung

Für den Betrieb eines Elektrolyseurs ist neben elektrischer Energie auch Reinstwasser erforderlich, um Wasserstoff zu erzeugen. Je reiner das Wasser ist, desto länger ist die Lebensdauer des verwendeten PEM-Stacks.

In diesem Leitfaden der Batarow Hydrogen GmbH wird ausschließlich der Herstellung von Reinstwasser aus Leitungs- oder Regenwasser mittels Umkehrosmose und Vollentsalzungsharz betrachtet. Alle eingesetzten Komponenten können durch vergleichbare Geräte ersetzt werden.

In Verbindung mit dem Elektrolyseur „ELY 17“ oder „ELY 22“ können folgende schematisches Konzepte zur Wasserversorgung verwendet werden.

Anschlusskonzepte mit Leitungswasser

Wenn die Anlage mit Leitungswasser betrieben werden soll, kann das folgende Konzept angewendet werden:

Abbildung 1: schematische Abbildung der Leitungswasseraufbereitung

Das Leitungswasser wird in einen Vorratsbehälter geleitet und von einer Pumpe angesaugt. Diese Pumpe erhöht den Wasserdruck auf mindestens 2 bar und speist das Wasser in die Osmoseanlage ein. Die Osmoseanlage benötigt einen Mindestvordruck von 1 bar. Sie kann alternativ auch direkt an die Wasserleitung angeschlossen werden. Bei der Umkehrosmose wird das Wasser von Ionen befreit. Dabei entstehen im Verhältnis 1:1 sowohl nutzbares Osmosewasser als auch Abwasser. Das Abwasser transportiert die entfernten Ionen aus dem System. Das Osmosewasser wird in einem Vorratsbehälter gespeichert, aus dem es später dem Elektrolyseur zugeführt wird. Vor dem Eintritt in den Elektrolyseur erfolgt eine abschließende Reinigung durch eine Vollentsalzungspatrone.

Zahlenbeispiel zur Leitfähigkeitsreduktion:

Typischerweise liegt der Leitwert des Leitungswassers bei 300 µS/cm. Durch die Osmoseanlage kann dieser auf unter 50 µS/cm reduziert werden. Die VE-Patrone senkt den Wert weiter auf unter 0,5 µS/cm. Das anfallende Abwasser besitzt einen Leitwert von min. 600µS/cm.

Eine VE-Patrone mit 10 Litern Mischbettharz kann etwa 1.250 Liter Wasser mit einem Leitwert von 300 µS/cm entmineralisieren. Wird hingegen vorgereinigtes Osmosewasser verwendet, steigt die Kapazität der Patrone erheblich – auf bis zu 7.000 Liter, bevor ein Wechsel erforderlich ist.

Bei etwa 9l Reinstwasser pro 1 kg Wasserstoff könnten etwa 780 kg Wasserstoff produziert werden, bevor ein Wechsel der VE-Patrone notwendig ist.

Um die Funktion und Lebensdauer der Osmosemembran sowie die Qualität des Reinstwassers dauerhaft sicherzustellen, wird empfohlen, die Herstellerangaben zur Wartung und zum Filterwechsel unbedingt zu beachten.

Empfohlene Komponenten:

• Leitungswassertank: 1000-Liter-IBC-Container
• Tank für Reinstwasser: 1000-Liter-IBC-Container (Lebensmittelzulassung empfohlen)
• Osmoseanlage: Proline X3-600 GPD (Osmofresh)
• Pumpe: Umwälzpumpe: 24V, 2,4 bar Förderhöhe
• Vollentsalzungspatrone: GFK VE-2800 (Aqmos)

Anschlusskonzept mit Regenwasser

Wenn die Anlage mit Regenwasser betrieben werden soll, muss zusätzlich ein Vorfilter installiert werden, um organische Bestandteile wie Laub, Stöckchen oder Moos aus dem Wasser zu entfernen. Erst danach kann das Wasser wie folgt weiterbehandelt werden:

Abbildung 2: schematischer Aufbau der Regenwasseraufbereitung

Nach dieser Grobfiltration wird das vorgefilterte Regenwasser von einer Pumpe angesaugt, die das Wasser mit einem Druck von mindestens 2 bar in die Osmoseanlage einspeist. Die Osmoseanlage benötigt einen Mindestvordruck von 1 bar.

Filterelemente in der Osmoseanlage:
Innerhalb der Osmoseeinheit befinden sich zusätzlich Feinfilter, wie z. B.:

• Sedimentfilter zur Entfernung feiner Schwebstoffe bis zu einer Partikelgröße von 1 µm,
• Aktivkohlefilter zur Reduktion organischer Verbindungen, Gerüche und Chlor.

Diese Elemente sorgen für einen zusätzlichen Reinigungsschritt, bevor das Wasser durch die Osmosemembran gepresst wird.

Durch die Umkehrosmose wird das Wasser anschließend weitgehend von gelösten Salzen und Ionen befreit. Dabei entstehen im Verhältnis 1:1 Osmosewasser und Abwasser. Das Osmosewasser wird in einem Reinstwassertank zwischengespeichert. Bevor das Wasser dem Elektrolyseur zugeführt wird, erfolgt eine abschließende Vollentsalzung mit einer VE-Patrone.

Abbildung 3: Aufstellung der Wasseraufbereitung

Die in Abbildung 2 dargestellte mögliche Aufstellung der Wasseraufbereitungsanlage ist als praktisches Beispiel zu verstehen. Sie zeigt eine typische Installation für den Betrieb mit Regenwasser.

Neben der elektrischen Versorgung von Vorpumpe und Druckerhöhungspumpe der Osmoseanlage wird das Regenwasser über einen weißen Schlauch in die Anlage eingeleitet. Das bei der Umkehrosmose entstehende Abwasser wird über einen schwarzen Schlauch abgeführt. Das gereinigte Osmosewasser wird über einen blauen Schlauch in den Osmosewassertank geleitet.

Je nach gewähltem Modell können sich die folgenden Aspekte unterscheiden:

• Das Verhältnis von Abwasser zu Osmosewasser,
• Die Anzahl und Art der Vorfilter,
• Die verwendeten Schlauch- oder Rohrfarben.

Die Farbkennzeichnung der Leitungen ist herstellerspezifisch bzw. kann je nach Anwendungsfall variieren. Abweichungen zur hier dargestellten Farbwahl sind also möglich.

Zahlenbeispiel zur Leitfähigkeitsreduktion:

Typischerweise liegt der Leitwert des Regenwassers bei etwa 45 bis 60 µS/cm. Die Osmoseanlage reduziert diesen Wert auf unter 3 µS/cm. Die anschließende Behandlung mit der VE-Patrone senkt ihn weiter auf unter 0,5 µS/cm. Das Abwasser hat einen Leitwert von etwa 100 µS/cm.

Eine VE-Patrone mit 10 Litern Mischbettharz kann etwa 1.250 Liter Wasser mit einem Leitwert von 300 µS/cm entmineralisieren. Durch den Einsatz von vorgereinigtem Osmosewasser aus Regenwasser kann die Kapazität auf bis zu 125.000 Liter gesteigert werden, bevor ein Wechsel der Patrone erforderlich wird.

Bei etwa 9l Reinstwasser pro 1 kg Wasserstoff könnten etwa 14000 kg Wasserstoff produziert werden, bevor ein Wechsel der VE-Patrone notwendig ist.

Der Wechsel der Filterelemente (z. B. Sediment- oder Aktivkohlefilter) in der Osmoseanlage ist herstellerspezifisch und richtet sich nach den Vorgaben des jeweiligen Herstellers.

Als allgemeine Faustregel gilt: Die Filter sollten alle 1 bis 2 Jahre gewechselt werden – abhängig von der Nutzungsdauer, Wasserqualität und Systembelastung.

Um die Funktion und Lebensdauer der Osmosemembran sowie die Qualität des Reinstwassers dauerhaft sicherzustellen, wird empfohlen, die Herstellerangaben zur Wartung und zum Filterwechsel unbedingt zu beachten.

Empfohlene Komponenten:

• Regenwassertank: 1000-Liter-IBC-Container (Lebensmittelzulassung empfohlen)
• Vorfilter: Grobfiltereinsatz mit Gewebe oder Sieb, z. B. Filterkorb für IBC-Tankdeckel oder Inline-Vorfilter mit 100–200 µm
• Tank für Reinstwasser: 1000-Liter-IBC-Container (Lebensmittelzulassung empfohlen)
• Osmoseanlage: Proline X3-600 GPD (Osmofresh)
• Pumpe: Umwälzpumpe: 24V, 2,4 bar Förderhöhe
• Vollentsalzungspatrone: GFK VE-2800 (Aqmos)