CH644824A5 - Process for producing hydrogen from water by means of heat - Google Patents

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CH644824A5
CH644824A5 CH921178A CH921178A CH644824A5 CH 644824 A5 CH644824 A5 CH 644824A5 CH 921178 A CH921178 A CH 921178A CH 921178 A CH921178 A CH 921178A CH 644824 A5 CH644824 A5 CH 644824A5
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Thomann Christoph
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Description


  
 

**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.

 



   PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasser mittels Wärme, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser auf eine so hohe Temperatur gebracht wird, dass ein Teil der Wasserstoffatome von den Wassermolekülen abgespalten wird, dass das Wasser bzw. der Wasserdampf in Berührung mit einer Wand aus einem Material kommt, das ausschliesslich für Wasserstoff eine gute Durchlässigkeit besitzt, dass durch diese Wand der abgespaltene Wasserstoff vom Wasser getrennt wird.



   2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Wassers und der in Patentanspruch 1 erwähnten Wand mittels Sonnenenergie erfolgt.



   3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach   Pa-    tentanspruch 1 mit einem Druckgefäss, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser in das Druckgefäss gebracht und erhitzt wird, dass ein Teil der Wände des Druckgefässes aus einem undurchlässigen, druck- und hitzefesten   Material    besteht und der andere Teil der Wände aus einem Material besteht, das ausschliesslich für Wasserstoff eine gute Durchlässigkeit besitzt, dass das Druckgefäss im Bereiche der wasserstoffdurchlässigen Wände von einem vakuumdichten Gefäss umschlossen ist, derart dass der die wasserstoffdurchlässigen Wände durchdringende Wasserstoff in diesem Gefäss gesammelt wird und abgepumpt werden kann.



   4. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Druckgefäss im Brennpunkt eines Para   bolspiegels    befindet, der auf die Sonne ausgerichtet ist.



   5. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Medium im Brennpunkt eines Parabolspiegels durch die Sonnenstrahlung erhitzt wird und dass die entstandene Wärme durch das Medium auf das Wasser und das   Druckge-    fäss übertragen wird.



   6. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme des abgeführten Wasserstoffes und die Wärme des verbrauchten abgeführten Wassers aus dem Druckgefäss in einem Wärmeaustauscher auf das Wasser übertragen wird, das dem Druckgefäss frisch zugeführt wird.



   7. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wasserstoffdurchlässigen Wände des Druckgefässes auf der Seite des Wassers mit einer dünnen Oberflächenschicht aus einem Material versehen sind, das eine Korrosion der wasserstoffdurchlässigen Wände vermindert.



   8. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wasserstoffdurchlässigen Wände aus einem porösen, gasdurchlässigen, druck- und hitzefestem Material bestehen, auf das das wasserstoffdurchlässige   Material    als dünne Folie auf der Seite des Wassers aufgetragen ist.



   9. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wasserstoffdurchlässigen Wände eine Röhre im Innern des Druckgefässes bilden.



   Wasserstoff wird allgemein als ein wesentlicher Energieträger der Zukunft angesehen. Die entscheidenden Vorteile des Wasserstoffs bestehen darin, dass er unbeschränkt aus Wasser hergestellt werden kann und dass bei der Verbrennung im wesentlichen nur wieder Wasser entsteht. Zudem besitzt Wasserstoff eine grosse Verbrennungswärme. Es werden zur Zeit grosse Anstrengungen unternommen, neue Verfahren zur kostengünstigen Lagerung von Wasserstoff zu finden.



   Die Herstellung von Wasserstoff aus Wasser erfolgt mit einem gutem Wirkungsgrad durch Wasserelektrolyse. Dazu wird elektrische Energie benötigt. Stehen jedoch andere Energieformen wie z.B. Wärme oder Sonnenenergie zur Verfügung, so müssen diese Energien für die Wasserelektrolyse zuerst in elektrische Energie umgewandelt werden, was sowohl einen beträchtlichen Mehraufwand wie auch eine wesentliche Re   duktion    im Gesamtwirkungsgrad verursacht. Als Folge davon ist die Rentabilität der Wasserstoffherstellung mit Sonnenenergie unter Verwendung der Wasserelektrolyse entsprechend klein.



   Die Erfindung bezweckt diesen Nachteil zu überwinden.



  Hierzu wurde ein Verfahren und eine Vorrichtung erfindungsgemäss derart entwickelt, dass Wasserstoff aus Wasser direkt durch Wärme oder Sonnenenergie hergestellt werden kann. Dazu wird Wasser in einem Druckgefäss mittels Sonnenenergie oder einer anderen Wärmequelle auf eine hohe Temperatur gebracht. Dieses Druckgefäss besitzt erfindungsgemäss Wände, die teilweise aus einem   Material    bestehen, das ausschliesslich für Wasserstoff eine gute Durchlässigkeit besitzt. Bekannt ist diese Eigenschaft z.B. beim Metall Palladium, das bei hohen Temperaturen eine grosse selektive Durchlässigkeit für Wasserstoff zeigt und daher zur Reinigung von Wasserstoff verwendet wird. Der Anteil von freien Wasserstoffatomen oder Wasserstoffmolekülen in Wasser ist bei Zimmertemperatur verschwindend klein, nimmt aber bei höheren Temperaturen stark zu.

  Erreicht die mittlere thermische Energie der Wassermoleküle den Betrag der Dissoziationsenergie des Wasserstoffatoms vom   Wassermolekül,    so trennt sich nach den Gesetzen der statistischen Mechanik ein grosser Teil der Wasserstoffatome von den Wassermolekülen. Bei genügend hohen Temperaturen wird sich daher ein Teil der Wasserstoffatome vom Wasser abspalten und in das wasserstoffdurchlässige Material   eindringen.    Das Druckgefäss befindet sich erfindungsgemäss dergestalt im Innern eines vakuumdichten Gefässes, dass der Wasserstoff, der die wasserstoffdurchlässigen Wände des Druckgefässes durchdringt, gesammelt und abgepumpt werden kann. Andere Stoffe, insbesondere Wasserdampf können die betreffenden Wände nicht   durchdringen.   



   Die Produktionsrate von Wasserstoff steigt mit höherer Temperatur, mit höherem Wasserdruck bzw. Wasserdampfdruck und mit dünnerer Wandstärke des wasserstoffdurchlässigen Materials. Damit die wasserstoffdurchlässigen Wände einem möglichst hohen Druck widerstehen, sind sie nach einer besonderen Ausführungsart als Röhre im Innern des Druckgefässes angeordnet, wobei die Innenseite der Röhre vakuumdicht vom Wasser getrennt ist und eine Öffnung nach aussen besitzt, damit der die Wände der Röhre durchdringende Wasserstoff gesammelt und abgepumpt werden kann. Nach einer besonden Ausführungsart ist das wasserstoffdurchlässige   Material    als dünne Schicht auf ein poröses, gasdurchlässiges Trägermaterial aufgetragen, das bei den benötigten Temperaturen die erforderliche Festigkeit besitzt.

  Mit dieser Anordnung kann auch bei hohem Wasserdruck die Wanddicke des wasserstoffdurchlässigen   Materiales    sehr dünn gehalten werden.



   Nach einer besonderen Ausführungsart ist das wasserstoffdurchlässige Material auf der Seite des Wassers mit einer dünnen Oberflächenschicht aus einem Material versehen, das eine Korrosion der wasserstoffdurchlässigen Wände durch das Wasser vermindert oder ganz verhindert.

 

   Wird das Wasser und das Druckgefäss durch Sonnenenergie erwärmt, so kann das Druckgefäss direkt in den Brennpunkt eines   zylindnschen    oder   sphärischen    Parabolspiegels gebracht werden. Es kann aber auch ein Zwischenmedium im Brennpunkt erwärmt werden, mit dem die Wärme auf das Wasser und das Druckgefäss übertragen wird. In diesem Falle kann sich das Druckgefäss ausserhalb des Parabolspiegels befinden.



   Nach einer besonderen Ausführungsart wird die Wärme des abgepumpten Wasserstoffs und die Wärme des verbrauchten Wassers aus dem Druckgefäss in einem Wärmeaustauscher auf das Wasser übertragen, das dem Druckgefäss frisch zugeführt wird.



   Es ist für die Erfindung nicht von Bedeutung, ob das Wasser als Flüssigkeit oder als Wasserdampf mit den wasserstoff  



   durchlässigen Wänden in Berührung kommt. Ebenfalls nicht von Bedeutung für die Erfindung ist die Anordnung der notwendigen Pumpen sowie die Anordnung der Wärmeisolationen, da dies dem Fachmann vertraut ist.



   In der Zeichnung Fig.   list    ein Ausführungsbeispiel einer   Vorrichtung    zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens in vereinfachter Form dargestellt. Die dem Fachmann geläufigen Details wie Wärmeisolationen, Pumpen, lichtabsorbierende Schichten, usw. wurden dabei weggelassen.



   Anhand der Beschreibung und den schematisch gehaltenen Figuren wird das Verfahren, sowie ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 die erfindungsgemässe Vorrichtung,
Fig. 2 die Wärmeübertragung mittels eines Mediums,
Fig. 3 den Aufbau der wasserstoffdurchlässigen Wände.



   Im Ausführungsbeispiel in Fig. 1 wird Wasser über eine Leitung 5 in ein Gefäss 13 gebracht. Zur besseren Anschaulichkeit wurde dabei in der Zeichnung ein Teil der Wände weggelassen.



  Im Innern dieses Gefässes 3 befindet sich ein weiteres Gefäss 4, dessen Wände z.B. aus Palladium gefertigt sind. Das Wasser in Gefäss 3 wird vorzugsweise durch Sonnenlicht 1 erwärmt, das durch den Parabolspiegel 2 auf das Gefäss 3 fokussiert ist. Wird das Wasser genügend   erhitzt, so    spalten sich bei der Berührung von Wassermolekülen mit der Palladium-Wand des Gefässes 4 Wasserstoffatome vom Wasser ab und dringen in das Palladium ein. Da Palladium bei höheren Temperaturen ausschliesslich für Wasserstoff eine gute Durchlässigkeit besitzt, durchdringt ein Teil der Wasserstoffatome die Palladium-Wand und es sammelt sich Wasserstoff im Innern des Gefässes 4 an. Dadurch wird Wasserstoff vom Wasser getrennt und der in Gefäss 4 angesammelte Wasserstoff kann über Leitung 7 abgepumpt werden.

  Das nun mit Sauerstoff angereicherte Wasser in Gefäss 3 kann über Leitung 6 wieder abgeführt werden. Ein Wärmeaustauscher 8 sorgt für eine optimale Ausnützung der Wärmeenergie.



   Die dem Fachmann geläufigen Details wie Wärmeisolation, Pumpen, lichtabsorbierende Schichten, usw. wurden weggelassen. Im weiteren ist es auch möglich, dass anstelle von Wasser eine andere Substanz verwendet wird, die Wasserstoff enthält oder dass der Wasserstoff in Gefäss 4 nicht abgepumpt, sondern durch eine weitere Flüssigkeit ausgespült wird oder als Hydrid gespeichert wird.



   Nach einer anderen Ausführungsart in Fig. 2 wird im Brennpunkt des Parabolspiegels 2 eine Leitung 9 mit einem Medium wie z.B. Silikonöl erhitzt. Das erhitzte Silikonöl überträgt dann die Wärmeenergie auf. das Gefäss 3, das identisch ist mit dem Gefäss 3 von Fig. 1.

 

   Nach einer weiteren Ausführungsart in Fig. 3 bestehen die Wände des Gefässes 4 aus mehreren Schichten, wobei wieder das Gefäss dem Gefäss 4 in Fig. 1 entspricht. Im wesentlichen besteht das Gefäss 4 aus einer mechanisch widerstandsfähigen Wand z.B. aus einem porösen Keramikmaterial 10, das einem hohen Druck widerstehen kann. Auf dieses Keramikmaterial 10 ist auf der Seite des Wassers eine dünne   Palladiumfolie    aufgebracht, die die gewünschte selektive Durchlässigkeit für Wasserstoff besitzt. Diese Palladiumfolie 11 wird wiederum durch eine sehr dünne Oberflächenschicht 12 z.B. aus Nickel vor Korrosion durch das Wasser geschützt.

Claims (9)

  1. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasser mittels Wärme, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser auf eine so hohe Temperatur gebracht wird, dass ein Teil der Wasserstoffatome von den Wassermolekülen abgespalten wird, dass das Wasser bzw. der Wasserdampf in Berührung mit einer Wand aus einem Material kommt, das ausschliesslich für Wasserstoff eine gute Durchlässigkeit besitzt, dass durch diese Wand der abgespaltene Wasserstoff vom Wasser getrennt wird.
  2. 2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Wassers und der in Patentanspruch 1 erwähnten Wand mittels Sonnenenergie erfolgt.
  3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Pa- tentanspruch 1 mit einem Druckgefäss, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser in das Druckgefäss gebracht und erhitzt wird, dass ein Teil der Wände des Druckgefässes aus einem undurchlässigen, druck- und hitzefesten Material besteht und der andere Teil der Wände aus einem Material besteht, das ausschliesslich für Wasserstoff eine gute Durchlässigkeit besitzt, dass das Druckgefäss im Bereiche der wasserstoffdurchlässigen Wände von einem vakuumdichten Gefäss umschlossen ist, derart dass der die wasserstoffdurchlässigen Wände durchdringende Wasserstoff in diesem Gefäss gesammelt wird und abgepumpt werden kann.
  4. 4. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Druckgefäss im Brennpunkt eines Para bolspiegels befindet, der auf die Sonne ausgerichtet ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Medium im Brennpunkt eines Parabolspiegels durch die Sonnenstrahlung erhitzt wird und dass die entstandene Wärme durch das Medium auf das Wasser und das Druckge- fäss übertragen wird.
  6. 6. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme des abgeführten Wasserstoffes und die Wärme des verbrauchten abgeführten Wassers aus dem Druckgefäss in einem Wärmeaustauscher auf das Wasser übertragen wird, das dem Druckgefäss frisch zugeführt wird.
  7. 7. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wasserstoffdurchlässigen Wände des Druckgefässes auf der Seite des Wassers mit einer dünnen Oberflächenschicht aus einem Material versehen sind, das eine Korrosion der wasserstoffdurchlässigen Wände vermindert.
  8. 8. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wasserstoffdurchlässigen Wände aus einem porösen, gasdurchlässigen, druck- und hitzefestem Material bestehen, auf das das wasserstoffdurchlässige Material als dünne Folie auf der Seite des Wassers aufgetragen ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wasserstoffdurchlässigen Wände eine Röhre im Innern des Druckgefässes bilden.
    Wasserstoff wird allgemein als ein wesentlicher Energieträger der Zukunft angesehen. Die entscheidenden Vorteile des Wasserstoffs bestehen darin, dass er unbeschränkt aus Wasser hergestellt werden kann und dass bei der Verbrennung im wesentlichen nur wieder Wasser entsteht. Zudem besitzt Wasserstoff eine grosse Verbrennungswärme. Es werden zur Zeit grosse Anstrengungen unternommen, neue Verfahren zur kostengünstigen Lagerung von Wasserstoff zu finden.
    Die Herstellung von Wasserstoff aus Wasser erfolgt mit einem gutem Wirkungsgrad durch Wasserelektrolyse. Dazu wird elektrische Energie benötigt. Stehen jedoch andere Energieformen wie z.B. Wärme oder Sonnenenergie zur Verfügung, so müssen diese Energien für die Wasserelektrolyse zuerst in elektrische Energie umgewandelt werden, was sowohl einen beträchtlichen Mehraufwand wie auch eine wesentliche Re duktion im Gesamtwirkungsgrad verursacht. Als Folge davon ist die Rentabilität der Wasserstoffherstellung mit Sonnenenergie unter Verwendung der Wasserelektrolyse entsprechend klein.
    Die Erfindung bezweckt diesen Nachteil zu überwinden.
    Hierzu wurde ein Verfahren und eine Vorrichtung erfindungsgemäss derart entwickelt, dass Wasserstoff aus Wasser direkt durch Wärme oder Sonnenenergie hergestellt werden kann. Dazu wird Wasser in einem Druckgefäss mittels Sonnenenergie oder einer anderen Wärmequelle auf eine hohe Temperatur gebracht. Dieses Druckgefäss besitzt erfindungsgemäss Wände, die teilweise aus einem Material bestehen, das ausschliesslich für Wasserstoff eine gute Durchlässigkeit besitzt. Bekannt ist diese Eigenschaft z.B. beim Metall Palladium, das bei hohen Temperaturen eine grosse selektive Durchlässigkeit für Wasserstoff zeigt und daher zur Reinigung von Wasserstoff verwendet wird. Der Anteil von freien Wasserstoffatomen oder Wasserstoffmolekülen in Wasser ist bei Zimmertemperatur verschwindend klein, nimmt aber bei höheren Temperaturen stark zu.
    Erreicht die mittlere thermische Energie der Wassermoleküle den Betrag der Dissoziationsenergie des Wasserstoffatoms vom Wassermolekül, so trennt sich nach den Gesetzen der statistischen Mechanik ein grosser Teil der Wasserstoffatome von den Wassermolekülen. Bei genügend hohen Temperaturen wird sich daher ein Teil der Wasserstoffatome vom Wasser abspalten und in das wasserstoffdurchlässige Material eindringen. Das Druckgefäss befindet sich erfindungsgemäss dergestalt im Innern eines vakuumdichten Gefässes, dass der Wasserstoff, der die wasserstoffdurchlässigen Wände des Druckgefässes durchdringt, gesammelt und abgepumpt werden kann. Andere Stoffe, insbesondere Wasserdampf können die betreffenden Wände nicht durchdringen.
    Die Produktionsrate von Wasserstoff steigt mit höherer Temperatur, mit höherem Wasserdruck bzw. Wasserdampfdruck und mit dünnerer Wandstärke des wasserstoffdurchlässigen Materials. Damit die wasserstoffdurchlässigen Wände einem möglichst hohen Druck widerstehen, sind sie nach einer besonderen Ausführungsart als Röhre im Innern des Druckgefässes angeordnet, wobei die Innenseite der Röhre vakuumdicht vom Wasser getrennt ist und eine Öffnung nach aussen besitzt, damit der die Wände der Röhre durchdringende Wasserstoff gesammelt und abgepumpt werden kann. Nach einer besonden Ausführungsart ist das wasserstoffdurchlässige Material als dünne Schicht auf ein poröses, gasdurchlässiges Trägermaterial aufgetragen, das bei den benötigten Temperaturen die erforderliche Festigkeit besitzt.
    Mit dieser Anordnung kann auch bei hohem Wasserdruck die Wanddicke des wasserstoffdurchlässigen Materiales sehr dünn gehalten werden.
    Nach einer besonderen Ausführungsart ist das wasserstoffdurchlässige Material auf der Seite des Wassers mit einer dünnen Oberflächenschicht aus einem Material versehen, das eine Korrosion der wasserstoffdurchlässigen Wände durch das Wasser vermindert oder ganz verhindert.
    Wird das Wasser und das Druckgefäss durch Sonnenenergie erwärmt, so kann das Druckgefäss direkt in den Brennpunkt eines zylindnschen oder sphärischen Parabolspiegels gebracht werden. Es kann aber auch ein Zwischenmedium im Brennpunkt erwärmt werden, mit dem die Wärme auf das Wasser und das Druckgefäss übertragen wird. In diesem Falle kann sich das Druckgefäss ausserhalb des Parabolspiegels befinden.
    Nach einer besonderen Ausführungsart wird die Wärme des abgepumpten Wasserstoffs und die Wärme des verbrauchten Wassers aus dem Druckgefäss in einem Wärmeaustauscher auf das Wasser übertragen, das dem Druckgefäss frisch zugeführt wird.
    Es ist für die Erfindung nicht von Bedeutung, ob das Wasser als Flüssigkeit oder als Wasserdampf mit den wasserstoff **WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4104955A1 (de) * 1991-02-18 1992-08-20 Gerhard Dipl Ing Brandl Wasserstofferzeuger
WO2005012165A2 (en) * 2003-08-01 2005-02-10 Nicholas Mark Brown Method and apparatus for producing hydrogen

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DE4104955A1 (de) * 1991-02-18 1992-08-20 Gerhard Dipl Ing Brandl Wasserstofferzeuger
WO2005012165A2 (en) * 2003-08-01 2005-02-10 Nicholas Mark Brown Method and apparatus for producing hydrogen
WO2005012165A3 (en) * 2003-08-01 2005-03-10 Nicholas Mark Brown Method and apparatus for producing hydrogen

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