250-kW-Elektrolyse mit Meerwasser: Diese Wasserstoff-Anlage entsalzt nebenbei

Viele große Projekte für grünen Wasserstoff sind in trockenen Küstenregionen geplant, etwa in Namibia oder Australien. Dort gibt es Sonne, Wind und einen Ozean vor der Tür. Was fehlt, ist Süßwasser. Ein Elektrolyseur verträgt aber nur hochreines Wasser, weil Salz die Elektroden angreift. Wer Meerwasser nutzen will, muss es also erst entsalzen. Das kostet Strom.

Hinzu kommt ein zweites Problem, das der Elektrolyse inhärent ist: Sie setzt den verwendeten Strom nie vollständig in Wasserstoff um. Ein Teil wird in den Zellen zu Wärme, ähnlich wie bei einem Akku, der beim Laden warm wird. Damit Elektrolyseure nicht überhitzt, führen Kühler diese Abwärme ab.

Ein Team des chinesischen Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) löst das eine Problem jetzt mit dem anderen. Die Gruppe um Deng Dehui und Liu Yanting leitet die Abwärme ihrer alkalischen Elektrolyse in einen Verdampfer, in dem Meerwasser unter Vakuum schon bei rund 44 °C siedet. Das Destillat speist die Elektrolyse, an die Elektroden gelangt also kein Salz. Der Überschuss fließt als Süßwasser ab.

Im Fachjournal Nature Energy hat die Gruppe zwei Anlagen mit 20 und 250 kW beschrieben, die aus Meerwasser Wasserstoff und Süßwasser herstellen. Die größere soll dabei effizienter arbeiten als eine herkömmliche alkalische Elektrolyse.

Das Problem der Meerwasser-Elektrolyse

Meerwasser direkt in einen Elektrolyseur zu leiten, scheitert bisher an drei chemischen Effekten:

• Chlorid-Ionen aus dem Salz greifen die Elektroden und Katalysatoren des Elektrolyseurs an.
• An der Anode kann statt Sauerstoff giftiges Chlorgas entstehen.
• Magnesium und Kalzium fallen an der Kathode als feste Beläge aus und blockieren die Oberfläche.

Auf der ganzen Welt arbeiten Forschungsgruppen an Zellen, die das aushalten. Ein koreanisches Team hielt eine solche Direktelektrolyse zuletzt über 400 Stunden stabil, allerdings im Labor. Industrielle Anlagen laufen deshalb weiter mit Reinstwasser. Rund 9 l davon spaltet die Elektrolyse pro kg Wasserstoff. Mit Verlusten und Kühlwasser setzt die Dalian-Studie für eine herkömmliche Anlage 22,3 l an.

Entsalzung braucht nicht viel Energie

Das Entsalzen selbst ist dabei der kleinere Posten. Eine Umkehrosmose, bei der Pumpen das Meerwasser durch feine Membranen pressen, macht nach den Zahlen der Studie nur 0,26 % des Energiebedarfs aus. Sie braucht aber eine eigene Anlage, deren Membranen regelmäßig getauscht werden müssen.

Deutlich mehr Energie geht über die Wärme verloren. So werden in der 20-kW-Anlage aus Dalian von knapp 17 kW Elektrolyseleistung rund 3,3 kW zu Wärme, also etwa ein Fünftel. Die Kalilauge, die in alkalischen Elektrolyseuren als Elektrolyt dient, verlässt die Zellen mit 85 °C und muss abkühlen, bevor sie zurückfließt. Für Dampfturbinen oder Prozessdampf ist das zu kalt, also wird die Wärme weggekühlt. Laut Studie entfallen in einer herkömmlichen alkalischen Anlage 43,5 % des Stroms für Nebenaggregate wie Pumpen und Gasaufbereitung allein auf diese Kühlung.

Für eine Aufgabe genügen 85 °C allerdings, wenn man den Druck senkt.

Vakuum lässt das Meerwasser bei 44 °C sieden

Je niedriger der Druck, desto früher siedet Wasser. Bei etwa einem Zehntel des normalen Luftdrucks reichen dafür rund 44 °C. Auf diesem Effekt beruht das Verfahren, das die Gruppe aus Dalian „Seawater to Hydrogen and Fresh Water“ nennt, kurz STHW. Der Elektrolyseur bleibt ein Standardgerät mit Kalilauge und Elektroden auf Nickelbasis. Neu ist, was mit seiner Wärme passiert:

• Die 85 °C heiße Lauge fließt aus den Zellen durch eine Rohrschlange. Diese liegt in einem Turm, in dem Meerwasser unter Vakuum steht.
• Das Meerwasser nimmt die Wärme auf und verdampft bei rund 44 °C. Das Salz bleibt zurück.
• Der Dampf kondensiert zu Destillat. Ein Teil speist den Elektrolyseur, der Rest steht als Süßwasser zur Verfügung.
• Die Lauge fließt mit etwa 60 °C zurück. Ein Ventil regelt den Durchfluss so, dass die Elektrolyse konstant bei 85 °C arbeitet.

Kühlung aus dem Ozean

Das Meerwasser übernimmt damit die Aufgabe des Kühlers. Der Strom für die Laugenkühlung fällt weg, und die Entsalzung braucht nur noch Strom für Pumpen und Vakuum. Im Vergleich mit einer getrennt betriebenen Destillation kam die 20-kW-Anlage laut Studie mit 0,34 statt 1,12 kWh pro kg Süßwasser aus. Den Großteil der Abwärme konnte die Anlage so nutzen.

Die Rohrschlange besteht aus Duplex-Edelstahl, der Meerwasser unterhalb von 50 °C standhält. Für den Dauerbetrieb empfehlen die Autoren selbst eine höherwertige Legierung. Groß ist das Bauteil nicht. In der 20-kW-Anlage misst die Wärmetauscherfläche 0,19 m², etwa drei DIN-A4-Blätter.

Übrig bleibt konzentrierte Sole. Aus ihr ließen sich nach Angaben der Chinesischen Akademie der Wissenschaften Salz, Brom und Uran gewinnen. Daten dazu nennt die Mitteilung nicht.

Tab. 1: Betriebsdaten der beiden Anlagen. Quelle: Jiang et al., Nature Energy 2026, inklusive Supplementary Information

Was 100 Tage und 14,4 % heißen

Ein Blick in die Anhänge der Studie hilft dabei, die Eckdaten aus der Mitteilung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften einzuordnen.

• Laufzeit. Beide Dalian-Anlagen liefen im täglichen Start-Stopp-Betrieb mit je 4 h Dauerlast. Aus 100 Tagen werden so rund 400 Betriebsstunden, bei der 250-kW-Anlage sind es rund 160. Industrielle Elektrolyseure sollten jedoch mehrere zehntausend Stunden durchhalten.
• Effizienz. Das Plus von 14,4 % stammt vor allem aus der eingesparten Kühlung. Gegenüber dem heutigen Standard aus Umkehrosmose und Elektrolyse bleiben im Großmaßstab nach Rechnung der Autoren rund 5 % weniger Energiebedarf. Das Wasser macht dann 0,3 statt 0,7 % der Wasserstoffkosten aus.

Ob sich das rechnet, hängt laut der Studie vom Strompreis ab. Bis 6,9 US-Cent pro kWh decken die Erlöse aus Wasserstoff, Sauerstoff und Süßwasser die Kosten. Angesetzt ist dabei ein Wasserstoffpreis von 3,90 US-$ pro kg.

Salz aushalten, aussperren oder umgehen

Die Dalian-Gruppe hält das Salz von den Zellen fern. Andere Teams wollen Zellen bauen, die es aushalten. Das koreanische Doppel-Kathoden-System kam auf 400 Stunden. Eine chinesische Gruppe berichtete 2025 im Fachjournal Nature von 10.000 Stunden alkalischer Meerwasser-Elektrolyse im Intervallbetrieb. Ein dritter Ansatz, 2022 ebenfalls in Nature vorgestellt, trennt Meerwasser und Lauge durch eine wasserabweisende Membran, die nur Wasserdampf durchlässt. Ganz ohne Strom arbeitet ein australisches Verfahren, das Wasserstoff mit flüssigem Gallium und Licht aus Meerwasser gewinnt.

Ob sich der Aufwand für die Direktelektrolyse lohnt, bezweifeln Forscher der TU Berlin und des Fritz-Haber-Instituts. Ihre Analyse im Fachblatt Energy & Environmental Science kam 2021 zu dem Schluss, dass die direkte Spaltung von Meerwasser erhebliche Nachteile und kaum Vorteile hat, weil das Entsalzen so wenig koste. 2024 legten sie im Fachjournal Joule nach. Der Hype um die Direktelektrolyse bremse die Entwicklung von Elektrolyseuren, heißt es dort schon im Titel. Die Dalian-Studie zitiert beide Arbeiten und folgt der dort verwendeten Logik.

Die Idee ist schon fast 100 Jahre alt. Ein Schweizer Patent von Escher Wyss beschrieb bereits 1928 eine „Einrichtung zur Erzeugung destillierten Wassers in Anlagen für die elektrolytische Zersetzung von Wasser“. Ein Team der Queensland University of Technology rechnete die Kopplung 2023 mit Membrandestillation durch. Aus Dalian kommen nun Messdaten im 250-kW-Maßstab.

Mögliche Anwendung in Deutschland?

Wie groß die Wasserfrage in Deutschland werden kann, zeigt der geplante Wasserstoffpark Friesland. In der letzten Ausbaustufe sind 2,4 GW vorgesehen, dafür braucht der Standort jährlich bis zu 3 Mio. m³ Reinstwasser. Trinkwasser soll langfristig nicht fließen. Stattdessen setzen die Projektierer auf aufbereitetes Abwasser, Oberflächenwasser und Meerwasser.

Überschlägig würde die Abwärme eines Elektrolyseurs dieser Größe ausreichen, um diese Menge zu destillieren. Gezeigt ist das Prinzip bisher aber nur mit 250 kW, was einem Zehntausendstel der in Friesland angepeilten Leistung entspricht.

• Jiang, S. et al.: A 250-kilowatt system for co-production of hydrogen and fresh water from seawater. Nature Energy (2026), doi.org/10.1038/s41560-026-02130-6, inkl. Supplementary Information
• Love, J. G.: A unified distillation and electrolysis system. Nature Energy, News & Views (2026), nature.com/articles/s41560-026-02136-0
• Hausmann, J. N. et al.: Is direct seawater splitting economically meaningful? Energy Environ. Sci. 14 (2021), doi.org/10.1039/D0EE03659E
• Hausmann, J. N. et al.: Hyping direct seawater electrolysis hinders electrolyzer development. Joule 8 (2024), doi.org/10.1016/j.joule.2024.07.005
• Sha, Q. et al.: 10,000-h-stable intermittent alkaline seawater electrolysis. Nature 639 (2025), doi.org/10.1038/s41586-025-08610-1
• Xie, H. et al.: A membrane-based seawater electrolyser for hydrogen generation. Nature 612 (2022), doi.org/10.1038/s41586-022-05379-5