Scale-Up Elektrolyseure – vom Labormaßstab zur Produktion

Scale-up ist in der Entwicklung von Elektrolyseuren ein kritischer Schritt – technisch anspruchsvoll, wirtschaftlich bedeutsam und alles andere als geradlinig. Dieses Seminar zeigt, wie sich Versuchsdaten aus Labor und Technikum in den Produktionsmaßstab übertragen lassen. Im Fokus stehen dabei dimensionslose Kennzahlen, Proportionalitäten und ihre Anwendung im Rahmen der Ähnlichkeitstheorie. Ergänzt wird der Ansatz durch hybride Methoden, die Bilanzgleichungen und experimentelle Erfahrung kombinieren – mit dem Ziel, tragfähige Modelle zu entwickeln und typische Stolperfallen zu vermeiden.

Wie bei fast allen chemischen Prozessen beginnt auch die Entwicklung von Wasserstoff-Elektrolyseuren im Labor. Aber der Sprung in den industriellen Maßstab ist alles andere als trivial, sondern aufwendig, teuer und voller Stolperfallen. Prototypen im industriellen Maßstab zu bauen und zu testen, ist aus Zeit- und Kostengründen selten machbar. Stattdessen tastet man sich mit kleineren Modellen und gezielten Experimenten an das große Ganze heran – mit dem Ziel, sowohl die Geometrie als auch die Prozessparameter besser zu verstehen und weiterzuentwickeln. Dabei gilt: Je größer der Maßstab, desto kleiner wird im Verhältnis die Oberfläche, das ist ungünstig für den Wärme- und Stofftransport. Und genau deshalb ist Scale-up keine simple Sache mit Lineal und Taschenrechner, sondern eher ein Balanceakt zwischen Physik und Erfahrung.

Die typischen Schritte bei der Maßstabsvergrößerung sind: Vom Labor ins Technikum, vom Technikum zur Miniplant oder Pilotanlage und schließlich zur Produktionsanlage. Jede dieser Phasen bringt eigene Herausforderungen mit – unterschiedliche Ziele, unterschiedliche Fragen. In diesem Kurs schauen wir uns diese Übergänge im Detail an.

Ein wichtiges Werkzeug dafür ist die Ähnlichkeitstheorie. Klingt erstmal trocken, liefert aber handfeste Vorteile: Mit Hilfe von dimensionslosen Kennzahlen lassen sich Modelle entwickeln, die unabhängig von Größe oder Material funktionieren – solange man weiß, wie die relevanten Proportionalitäten zusammenhängen. Das funktioniert am besten mit einer Mischung aus Erfahrung, Experimenten und klarer Methodik.

In diesem Kurs lernen Sie, wie man solche Kennzahlen aufbaut, ihre Bedeutung einordnet und ihre Grenzen kennt. Außerdem geht es darum, zu erkennen, wann reine Ähnlichkeit nicht mehr reicht – und wann man besser hybride Methoden einsetzt – also die Ähnlichkeitstheorie mit der Lösung von Bilanzgleichungen kombiniert.