Elektrolyseure zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasser beim Verbraucher produzieren mehrere Kubikmeter Wasserstoff pro Stunde. Natürlich gibt es auch große Anlagen, die eine Länge von 12 Metern und ein Gewicht von 90 Tonnen besitzen, und die bis zu 760 m3
Wasserstoff pro Stunde herstellen. Natürlich können in einer Halle auch mehrere Elektrolyseure aufgestellt werden, um die Produktion dem Bedarf anzupassen.
Der chemische Prozess, der in einem Elektrolyseur zur Bildung von Wasserstoff und Sauerstoff führt, soll hier zunächst anhand der „alkalischen“ Elektrolyse erklärt werden:
Durch die Autoprotolyse des Wassers (H2O) entstehen ständig positiv geladene Oxonium-Ionen (H3O+) und negativ geladene Hydronium-Ionen (OH -). Aufgrund der an zwei Elektroden anliegenden Gleichspannung bewegen sich die Oxonium-Ionen in einer elektrolytischen Lösung – meistens besteht diese aus 25 bis 30-prozentiger Kalilauge - zur Kathode hin und nehmen dort jeweils ein Elektron auf, werden dort also reduziert. Dabei geben sie ein Wasserstoffatom ab, welches mit einem weiteren ein gasförmiges Wasserstoffmolekül (H2) bildet, aus der Lösung in den Kathodenraum aufsteigt und sich dort ansammelt.
Die Hydronium-Ionen bewegen sich ihrerseits zur Anode hin, wo sie ein Elektron abgeben, also oxidieren, und mit weiteren oxidierenden Hydronium-Ionen zu einem Sauerstoffmolekül (O2) und zwei Wassermolekülen reagieren. Das Sauerstoffmolekül steigt dann in den Anodenraum auf und sammelt sich dort an. Die gesamte, schon gekürzte chemische Reaktionsgleichung lautet also:
2H2O → 2H2 + O2
Alternativ zur „alkalischen Elektrolyse“ gibt es auch die „saure Elektrolyse“. Sie wird auch in Anlehnung zu den Brennstoffzellen PEM- oder SPE- (solid-polymer-electrolyte) Elektrolyse genannt. In einem PEM-Elektrolyseur befinden sich Stapel (stack) von Zellen, die wie die PEM-Brennstoffzellen aus Bipolarplatten und dünnen MEAs (Membran-Elektroden-Einheiten), die einen Katalysator tragen, aufgebaut sind, mit dem Unterschied, dass an den Bipolarplatten eine Spannung angelegt und nicht abgegriffen wird. Die Reaktionen an Kathode und Anode sind die gleichen, wie bei der „alkalischen Elektrolyse“. Die beiden Elektroden sind nur durch eine Polymerschicht voneinander getrennt, welche als Elektrolyt dient und nur die Oxonium-Ionen passieren lässt.