In welchem Kontext werden heutzutage die Anwendungsmöglichkeiten von Wasser-Elektrolyse ausgelotet?
 im Rahmen der Debatte um Power-To-Gas
Wasserstoff
Wasserstoff

=== Molekularer Wasserstoff ===
Kleinere Mengen Wasserstoff werden im Labor oftmals durch die Reaktion von verdünnten Säuren mit unedlen Metallen wie z. B. Zink gewonnen. Schematisch gilt:
Weiter kann molekularer Wasserstoff durch die Reaktion von Wasser mit Alkalimetallen dargestellt werden. Diese Methode wird aber aus Kostengründen nur bei Schauversuchen angewendet.
Das wichtigste großtechnische Verfahren zur industriellen Gewinnung von molekularem Wasserstoff ist die Dampfreformierung. Hierbei werden unter hoher Temperatur und hohem Druck Kohlenwasserstoffe mit Wasser umgesetzt. Dabei entsteht Synthesegas, ein Gemisch aus Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff. Das Mengenverhältnis der Reaktionsprodukte kann anschließend durch die sogenannte Wassergas-Shift-Reaktion eingestellt werden.
Derzeit gewinnt im Rahmen der Debatte um Power-To-Gas die Elektrolyse von Wasser immer mehr an Bedeutung. Bei der Wasserelektrolyse wird Wasser durch Zuführung von elektrischer Energie in die Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt.
: Wasser wird durch elektrischen Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten.
Chloralkali-Elektrolyse
Mit der Chloralkali-Elektrolyse werden die wichtigen Grundchemikalien Chlor, Wasserstoff und Natronlauge aus Natriumchlorid und Wasser erzeugt. Der Begriff steht allgemein für die Herstellung mittels Elektrolyse, unabhängig davon, welche der Techniken verwendet wird. Mittels Elektrolyse können auch andere Metallsalze (Chloride von Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und viele mehr) zu ihren Hydroxiden umgesetzt werden. Verwendet man beispielsweise Kaliumchlorid anstatt von Natriumchlorid, erhält man Kalilauge. Die Chloralkali-Elektrolyse ist eine endotherme Reaktion. Die benötigte Energie von 454 kJ/mol wird in Form von elektrischem Strom zugeführt. Da Natronlauge, Chlor wie andere Grundchemikalien im Maßstab von Millionen Tonnen jährlich benötigt werden, ist die Elektrolyse enorm energieaufwendig. Wasserstoff als Produkt ist zwar ebenso wichtig, jedoch wird das Verfahren hauptsächlich für die Gewinnung von Chlor und Natronlauge verwendet. Moderne Verfahren verhindern die Reduktion von Wasser zu Wasserstoff und sparen somit beachtliche Mengen an Energie. In allen Verfahren wird versucht, das Chlorgas vom Hydroxid zu trennen, um eine Disproportionierung von Chlor zu Chlorid und Hypochlorit zu vermeiden, was die Natronlauge verunreinigen würde. Die gewonnenen Mengen an Natronlauge werden oft eingedampft, um festes Natriumhydroxid zu erhalten. Wasserstoffherstellung Schweres_Wasser
Chloralkali-Elektrolyse
Mit der Chloralkali-Elektrolyse werden die wichtigen Grundchemikalien Chlor, Wasserstoff und Natronlauge aus Natriumchlorid und Wasser erzeugt. Der Begriff steht allgemein für die Herstellung mittels Elektrolyse, unabhängig davon, welche der Techniken verwendet wird. Mittels Elektrolyse können auch andere Metallsalze (Chloride von Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und viele mehr) zu ihren Hydroxiden umgesetzt werden. Verwendet man beispielsweise Kaliumchlorid anstatt von Natriumchlorid, erhält man Kalilauge. Die Chloralkali-Elektrolyse ist eine endotherme Reaktion. Die benötigte Energie von 454 kJ/mol wird in Form von elektrischem Strom zugeführt. Da Natronlauge, Chlor wie andere Grundchemikalien im Maßstab von Millionen Tonnen jährlich benötigt werden, ist die Elektrolyse enorm energieaufwendig. Wasserstoff als Produkt ist zwar ebenso wichtig, jedoch wird das Verfahren hauptsächlich für die Gewinnung von Chlor und Natronlauge verwendet. Moderne Verfahren verhindern die Reduktion von Wasser zu Wasserstoff und sparen somit beachtliche Mengen an Energie. In allen Verfahren wird versucht, das Chlorgas vom Hydroxid zu trennen, um eine Disproportionierung von Chlor zu Chlorid und Hypochlorit zu vermeiden, was die Natronlauge verunreinigen würde. Die gewonnenen Mengen an Natronlauge werden oft eingedampft, um festes Natriumhydroxid zu erhalten. Wasserstoffherstellung

==== Elektrolyse von Wasser ====
Diese Form der Umwandlung von Wasser in Wasserstoff wurde erstmals um 1800 von dem deutschen Chemiker Johann Wilhelm Ritter nachgewiesen. Die Reaktion findet in einem mit leitfähigen Elektrolyten (Salze, Säuren, Basen) gefüllten Gefäß statt, in dem sich zwei Elektroden befinden, die mit Gleichstrom betrieben werden. Unter alkalischen Bedingungen läuft der Herstellungsprozess dabei in zwei Teilreaktionen ab:
An der Anode werden im Prinzip Elektronen abgegeben, die von der Kathode wieder aufgenommen werden. In der Gesamtreaktion entsteht aus Wasser also molekularer Wasserstoff und molekularer Sauerstoff:
Das Verfahren ergibt energiewirtschaftlich nur dann einen Sinn, wenn auch der erzeugte reine Sauerstoff verwendet werden kann und nicht einfach an die Luft abgegeben wird. Der energetische Wirkungsgrad der Elektrolyse von Wasser liegt bei über 70 %. Mehrere Anlagenhersteller (z. B. Electrolyser Corp., Brown Boveri, Lurgi, De Nora, Epoch Energy Technology Corp.) bieten große Elektrolysegeräte mit einem noch höheren Wirkungsgrad (über 80 %) an. Wissenschaftler des MIT haben 2008 einen Katalysator entwickelt, der die Effizienz der Elektrolyse von Wasser auf nahezu 100 % steigern soll, 2019 aber noch im Forschungstadium war.
Ein Verfahrenstyp ist die alkalische Elektrolyse, die wegen der niedrigen Strompreise von Wasserkraftwerken als Energielieferanten vor allem in Norwegen und Island genutzt wird.
Anders als bei der Verwendung von fossilen Energieträgern wird bei der Elektrolyse kein CO2 freigesetzt. Dies gilt allerdings nur, wenn der verwendete Strom nicht aus fossilen Energieträgern erzeugt wurde. Bei der Wasserstoffherstellung, -speicherung und anschließenden Rückverstromung lag der Wirkungsgrad 2013 bei maximal 43 %. Sterner et al. geben Wirkungsgradspannen zwischen 34 und 44 % an. Es wird davon ausgegangen, dass perspektivisch elektrische Gesamtwirkungsgrade von maximal 49 bis 55 % erreicht werden können. Schweres_Wasser

== Gewinnung ==
Schweres Wasser wird durch Anreicherung aus herkömmlichem Wasser gewonnen, in dem es in geringer Menge vorkommt. Wird Wasser elektrolysiert, bleibt das schwere Wasser eher unzersetzt zurück (kinetischer Isotopeneffekt), während leichtes Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Eine Anreicherung ist auch der Girdler-Sulfid-Prozess.
Ein anderes Verfahren verläuft über die Destillation von Ammoniak oder Schwefelwasserstoff. Ausgangsmaterial sind bevorzugt Abwässer aus Galvanikbetrieben und der Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse, da diese durch die bevorzugte Elektrolyse von leichtem Wasser schon signifikant mit HDO angereichert sind.