Wer über E-Fuels spricht, spricht zwangsläufig über Elektrolyse. Sie ist kein nachgelagerter Schritt und kein technisches Detail, sondern der Ausgangspunkt des gesamten Power-to-Liquid-Prozesses. Ohne Elektrolyse gibt es keinen Wasserstoff. Und ohne Wasserstoff keine synthetischen Kraftstoffe.
In der öffentlichen Debatte wird Elektrolyse oft stark vereinfacht dargestellt. Strom rein, Wasserstoff raus. Dieses Bild ist nicht falsch, greift aber zu kurz. Denn hinter diesem scheinbar einfachen Vorgang steckt ein elektrochemischer Prozess mit klaren physikalischen Grenzen, hohem Energiebedarf und erheblichen technischen Anforderungen.
Da Elektrolyse im E-Fuels-Kontext eine zentrale Rolle spielt, lohnt es sich, genauer hinzusehen. Woher kommt dieses Verfahren, wie funktioniert es im Detail, seit wann wird es eingesetzt und warum ist es technisch anspruchsvoller, als es auf den ersten Blick erscheint? Dieser Artikel ordnet Elektrolyse ein, als das, was sie ist: eine etablierte, aber komplexe Schlüsseltechnologie an der Schnittstelle zwischen Strom- und Molekülwelt.
Elektrolyse ist ein elektrochemischer Prozess, bei dem elektrischer Strom eine Redoxreaktion erzwingt. Dafür braucht es eine Gleichspannungsquelle, die elektrische Energie liefert, von der ein Teil in chemische Energie übergeht. Genau die umgekehrte Richtung, also chemische Energie zu elektrischer, findet in Batterien und Brennstoffzellen statt.
Wichtig für das Verständnis ist die klare Zuordnung der Teilreaktionen: Bei der Elektrolyse läuft die Oxidation an der Anode ab, die Reduktion an der Kathode, räumlich getrennt, damit die Produkte nicht direkt wieder miteinander reagieren.
Kurze Geschichte
Die Elektrolyse wurde im Jahr 1800 entdeckt, möglich wurde das durch die erste brauchbare Batterie, die Voltasche Säule.
Kurz danach nutzte Humphry Davy die neue Methode, um 1807/1808 mehrere Metalle erstmals elementar herzustellen, darunter Natrium und Calcium.
Michael Faraday untersuchte die Elektrolyse systematisch und formulierte die Faradayschen Gesetze, also die Abhängigkeit der umgesetzten Stoffmenge von Ladungsmenge und Molmasse.
Mit leistungsfähigen Generatoren setzte Ende des 19. Jahrhunderts die industrielle Skalierung ein, etwa für Aluminium, Chlor und Alkalien.
Das Prinzip
In einem Elektrolyseur wird Gleichstrom über zwei Elektroden in einen leitfähigen Elektrolyten eingekoppelt. Die Spannungsquelle sorgt an der Anode für Elektronenmangel und an der Kathode für Elektronenüberschuss. In der Flüssigkeit bewegen sich Ionen, Kationen wandern zur Kathode und werden reduziert, Anionen wandern zur Anode und werden oxidiert.
Das klingt einfach und ist es chemisch auch. Nicht trivial ist die technische Umsetzung im Dauerbetrieb, weil mehrere Effekte die reale Zellspannung und damit den Strombedarf nach oben treiben.
Warum Elektrolyse nicht „nur Wasser spalten“ ist
Es gibt hier drei wichtige Stellschrauben, die in der Praxis den Unterschied machen: Überspannung, Zellwiderstand und Stromdichte. Überspannungen entstehen, weil die Reaktionen an realen Elektroden kinetische Hürden haben. Zellwiderstand entsteht durch Membran, Elektrolyt, Kontaktierungen und Leitungen. Hohe Stromdichten steigern die Produktionsrate, erhöhen aber typischerweise Verluste und Anforderungen an Wärmeabfuhr, Materialien und Alterungsverhalten.
Genau deshalb ist Elektrolyse im industriellen Maßstab ein Engineering-Thema: Materialien, Katalysatoren, Membranen, Druckkonzepte, Wasserqualität, Betriebsführung, Sicherheitskonzepte, Lastwechsel, Lebensdauer.
Wie viel Strom wird wirklich benötigt?
Für die Einordnung reicht eine robuste Daumenregel aus der Praxis: Je nach Elektrolyseurtyp und Betriebsweise werden grob 42 bis 66,7 kWh Strom pro Kilogramm Wasserstoff benötigt.
Das erklärt sofort, warum Strompreis und Vollbenutzungsstunden so dominant sind: Elektrolyse ist nicht „kompliziert“, aber energieintensiv. Hier kommen die erneuerbaren Energien, wie Solar und Windkraft eine tragendende Bedeutung, denn diese werden in Massen benötigt um einen nachhaltigen E-Fuel am Ende der Prozesskette herstellen zu können.
Wie Wasserstoff gespeichert wird, und warum das wichtig ist
Wasserstoff kann physikalisch als Gas oder Flüssigkeit gespeichert werden. Als Gas sind typischerweise Hochdrucktanks im Bereich 350 bis 700 bar üblich. Als Flüssigkeit braucht es kryogene Temperaturen, der Siedepunkt liegt bei rund −252,8 °C, außerdem gibt es Speicheroptionen über Adsorption oder Absorption in Feststoffen, wie beispielsweise in Ammoniak.
Für die Systemperspektive heißt das: Wasserstoff ist ein flexibler Energieträger, aber Speicherung und Transport sind technisch anspruchsvoll, deshalb wird er je nach Anwendung entweder direkt genutzt oder in stabilere Moleküle überführt.
Warum Elektrolyse das Vorprodukt für E-Fuels ist
Für Power-to-Liquid ist Elektrolyse der Startpunkt, weil sie den benötigten Wasserstoff liefert. Anschließend wird H₂ mit CO₂ zu synthetischen Kraftstoffen umgesetzt, typischerweise über Pfade wie Methanol, DME oder Fischer-Tropsch-Kraftstoffe. Reviews zur PtL-Prozesslandschaft beschreiben genau diese Routen und ihre Anforderungen, etwa hinsichtlich Flexibilität, Scale-up und CO₂-Nutzung.
Das ist der eigentliche „Trick“ von Elektrolyse: Sie koppelt erneuerbaren Strom an die Molekülwelt und macht daraus flüssige, speicher- und transportfähige Energieträger, die in bestehenden Infrastrukturen funktionieren.
NeoFuels-Einordnung
Elektrolyse ist ein alter Prozess, aber eine neue Systemtechnologie. Chemisch ist sie klar, technisch wird sie erst durch Überspannungen, Zellwiderstände, Materialfragen, Betriebsführung und Skalierung anspruchsvoll. Ihre Relevanz entsteht dort, wo erneuerbarer Strom nicht nur direkt verbraucht, sondern als Molekül gespeichert, transportiert oder weiterverarbeitet werden muss. Sie stellt also das Fundament von E-Fuels da.
Bild: KI-generiert