CN103814475B - 用于为建筑物供给能量的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于为建筑物、特别是独立式建筑物供给能量的装置，包括：‑至少一个产生能量的设备、特别是光伏设备，用于提供电流，‑至少一个电解槽（2），用于通过使用来自于产生能量的设备的电流以由水制备氢气，‑至少一个第一化学反应器（3），用于通过使用在所述电解槽（2）中形成的氢气至少部分使至少一种具有扩展的共轭π体系的基质氢化，‑至少一个储存罐（4），用于储存在所述第一化学反应器（3）中至少部分氢化的基质，‑至少一个第二化学反应器（5），用于通过释放氢气至少部分使在所述第一化学反应器（3）中制备的和在所述储存罐（4）中储存的至少部分氢化的基质脱氢，以及‑至少一个燃料电池（6），用于通过释放能量来氧化在所述第二化学反应器（4）中释放的氢气。本发明同样涉及一种用于通过使用该装置来供给能量的方法。

Description

用于为建筑物供给能量的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于供给能量的装置，所述装置包括：至少一个产生能量的设备，用于提供电流；至少一个电解槽，所述电解槽用于通过使用来自于所述产生能量的设备的电流由水制备氢气；至少一个燃料电池，所述燃料电池用于通过释放能量来氧化在所述第二化学反应器中释放的氢气，和涉及一种用于供给能量的方法。
背景技术
使用燃料电池用以通过氧气的氧化来获得电流普遍已知晓并且应用于不同的领域中。在使用燃料电池时的一个重要且关键的方面是氢气的贮存或储存，众所周知在氧气存在时氢气是极富爆炸性的。
目前已探寻了一系列氢气储存方法：吸附的、吸收的、作为液体、作为高压缩的气体。所有方法的缺点在于其单位体积的低能量密度和载体的部分高成本。
目前常用的将氢气作为液体并且在压力下贮存的方法体现了技术性的解决方案，所述技术性的解决方案因此目前(特别是由于技术开销高且与之相关联的成本相对高)并不存在于公众可接触的领域中并且甚至不存在于独立式建筑物例如私人住宅、度假屋、商用不动产或者生产用房中。
因此具有压缩的氢气的容器难以密封并且氢气在与空气的4％至75％的几乎任意混合情况下爆炸或引爆，压力波大于1000m/s。此外，最小点燃能量低于其它气态材料的最小点燃能量。氢气被归为高可燃性(F+)并且在高的出口速度情况下，以及在其它气体的情况下会自燃。在与空气爆炸的情况下方程式换能(Formelumsatz)非常高，为286kJ/mol。
发明内容
因此所期望的是，提供一种通过使用燃料电池供给能量的技术，所述技术避免了纯氢气的风险。
可替选的氢气储存形式是已知的。因此在EP 1475349 A1中描述了不同的芳香族化合物，特别是稠环烃，所述芳香族化合物可以被作为氢气储存体来使用。所描述的物质在这里特别是被使用于移动系统中。
拥有扩展的共轭π电子体系的稠环烃的作用方式的基础是，在中等温的情况下当存在氢化反应的适当的催化剂时其特性消失。在此，氢气在不饱和的双键饱和的情况下被嵌入到所述物质中(氢化)。
随后在逆反应中仅通过提高温度和/或降低氢气压力在重新生成芳香族物质的情况下又可以从氢化的产物中获得借助于氢化被嵌入的氢气。
在这里示例性地参考N-乙基咔唑(NEC)的氢化/脱氢。在此，N-乙基咔唑(NEC)作为离析物根据下述反应模式被转化为全氢化形式(H12-NEC)。
该反应使得用于氢气的储存密度在体积上为填充有氢气的700巴的罐中的储存密度大致两倍。
通过太阳能电池的能量供给目前是针对独立式建筑物例如私人住宅、度假屋、商用不动产或者生产用房的可再生的能量供给的有吸引力可能性。没有其它技术允许从几瓦至数兆瓦的可变功率范围的可再生的发电。将太阳能电池集成到房屋区域中是通用的技术，并且根据位置、屋顶面积和取向，达到30千瓦峰值功率的设备是常见的惯例。
虽然太阳能电池是可再生的发电的有吸引力的形式，但是该技术具有如下缺点，即所产生的电流不能暂存较长的时间段(由于储存费用和较低的容量也不能够暂存在电池中)，而是必须直接被消耗或者必须被馈送到电网中。这由于关于可再生的能量的法规(EEG)对于运营商而言是令人感兴趣的，但会导致本来已承受极大负荷的电网的额外负担。
中期也即几天至几周储存光伏电流的成本低廉的可能性因此是必要的步骤，以便实现光伏发电的进一步增长。
通过光伏电流生成氢气是目前经常讨论的选项。
为了实现整个系统的高效率，太阳能电池与电解槽的有效耦合是决定性的，在所述电解槽中水被分解为氢气和氧气。在这里需要权衡的是，峰值电流更有利还是反倒是在较长的时间段上恒定供电更有利，但是对所述恒定供电而言在较低的水平上。例如在多云时选择快速电流储存器以均衡峰值或者快速下降可能如选择适当的电池技术一样起到决定性的贡献，所述电池技术例如在部分遮蔽时不会导致模块的完全关断。
用于将光伏与产生氢气耦合的一些建议或者模型是已知的。因此在EP 718 904 A1中描述了一种燃料电池系统，其中所述燃料电池系统是完整封闭的整体，并且PEM燃料电池和PEM电解槽彼此联合。由此满足对简单且成本低廉的系统的需求。该系统的电流供给借助于可供使用的可再生的能源例如太阳能和/或风能来实现。
所提出的燃料电池系统的构造实现了长使用寿命并且针对连续24小时运行而设计。目的是尽可能简单的操作和免维护。智能的控制全自动地控制从氢气生产到电流生产的立即运行模式变换。在此始终考虑可再生的能源和PEM燃料电池/PEM电解槽的特征曲线的最佳工作点。
为了运行，PEM电解槽需要蒸馏水。该系统自动地调节PEM电解槽所需的来自为此设置的贮存容器的水供应。
所描述的燃料电池系统同样包括氢气储存体，所述氢气储存体以金属氢化物储存体的形式构成。该储存体由特殊的金属合金制备并且实现对气体状的氢气的暂存。金属氢化物储存体能够填充以接近环境压力的氢气。
但是，金属氢化物储存体作为氢气储存体的使用对于私人住宅中的应用不怎么适合。它是昂贵的、常常低效的并且具有一系列的固有安全问题。
因此需要用于独立式建筑物例如私人住宅的能量供给，独立式建筑物位于仅松散建造房屋的地区中，独立式建筑物是自给自足的并且是独立的。
根据本发明，所述目的通过具有本发明的实施例的特征的装置和具有本发明的实施例的特征的方法来实现。所述装置包括：至少一个产生能量的设备，用于提供电流；至少一个电解槽，所述电解槽用于通过使用来自于所述产生能量的设备的电流由水制备氢气；至少一个燃料电池，所述燃料电池用于通过释放能量来氧化在所述第二化学反应器中释放的氢气；其中至少一个第一化学反应器，所述第一化学反应器用于通过使用在所述电解槽中形成的氢气至少部分使至少一种具有扩展的共轭π体系的基质氢化；至少一个储存罐，所述储存罐用于储存在所述第一化学反应器中至少部分氢化的基质；至少一个第二化学反应器，所述第二化学反应器用于通过释放氢气至少部分使在所述第一化学反应器中制备的和在所述储存罐中储存的至少部分氢化的基质脱氢；热传导装置，用于将在所述第一化学反应器中和/或在所述燃料电池中产生的热传导到所述建筑物的加热系统中和/或用于传导对在所述第二化学反应器中所述脱氢所需的来自于所述建筑物的加热系统的热。所述方法包括如下步骤：从至少一个能再生的能源中提供电流；通过使用来自于所述至少一个能再生的能源的电流在至少一个电解槽中由水制备氢气；将形成的所述氢气从所述至少一个电解槽转送到包含至少一种具有扩展的共轭π体系的基质的第一化学反应器中，并且至少部分使所述基质氢化；将至少部分氢化的所述基质从所述第一化学反应器中转送到至少一个储存罐中并且将至少部分氢化的所述基质储存在所述储存罐中；将至少部分氢化的所述基质从所述储存罐转送到至少一个第二化学反应器中并且在所述第二化学反应器中通过释放氢气使至少部分氢化的所述基质脱氢；将所述氢气从所述第二化学反应器转送到至少一个燃料电池中并且在同时释放电流和热形式的能量时将所述氢气和存在于所述燃料电池中的氧气氧化为水；使在至少部分氢化具有扩展的共轭π体系的所述至少一种基质时在所述第一化学反应器中产生的热和/或使所述在所述燃料电池中释放的热引入到所述建筑物的加热系统中；和/或使用对在所述第二化学反应器中所述脱氢所需的来自于所述加热系统的热。
因此，用于为建筑物例如独立式孤立建筑物如私人住宅、度假屋、商用不动产或者生产用房供给能量的装置包括：
-至少一个产生能量的设备、特别是光伏设备，用于提供电流，
-至少一个电解槽，其通过使用来自于产生能量的设备的电流由水制备氢气，
-至少一个第一化学反应器，其用于通过使用在电解槽中形成的氢气至少部分使至少一种具有扩展的共轭π体系的基质氢化，
-至少一个储存罐，其用于储存在第一化学反应器中至少部分氢化的基质，
-至少一个第二化学反应器，其用于通过释放氢气至少部分使在第一化学反应器中制备的和在储存罐中储存的至少部分氢化的基质脱氢，以及
-至少一个燃料电池，其用于通过释放能量来氧化在第二化学反应器中释放的氢气。
因此下述用于为独立式建筑物供给能量的功能元件彼此耦合或组合：
-太阳能生产器；
-通过电解的氢气生成器；
-用于无损耗的中期储存的高效的、安全的并且成本低廉的氢气储存体；
-用于再转化(Rueckverstromung)氢气的燃料电池，以及
-利用燃料电池的放热和放热的氢化来提供房屋中的热和电能，用以提高效率。
在常规的电解槽中低压氢气的产生和氢气经由对适当的化合物的氢化的即时转化是非常令人感兴趣的并且是相关的替选方案，所述替选方案避开氢气储存的困难，但仍然允许与光伏的耦合。通过氢气的复原和借助于燃料电池的转化因此可构成一个闭合的电流循环。
本发明因此实现了保证房屋整年自主运行和/或基于当前普遍的基础设备例如在使用油罐的情况下实现房屋对过剩电力的暂存容量。
借助于本装置，低能的基质被转化为其富能的形态，其中例如借助于光伏从日光中产生电能，但是也可以从其它适合的可再生的能源中产生电能，所述电能又用于通过分解水产生氢气和氧气。所形成的氢气随后用于使所使用的烃的低能形态氢化成富能形态。尤其适合的低能的基质是具有扩展的共轭π电子体系的多环的芳香族化合物，所述多环的芳香族化合物在氢化时形成相应饱和的多环化合物。氢化是放热的并且在氢化期间产生的热可以在采暖系统中例如在房屋中被利用。在缺少阳光照射的时候，烃的富能形态通过氢气产生再转变为低能形态，所述烃在燃料电池中产生电能和热。
本装置和在下文中所描述的方法的优点在于，独立式建筑物例如私人住宅在使用可再生的能量例如光伏以及风能的情况下能够自给自足地运行。换言之，能量需求和能量供给能够自给自足地并且与其它能源并进而与电网无关地被满足。另一优点在于，与目前已知的方法和模型相比，对于产生能量重要的因素即氢气不必大量存在，而是能够在现有的基础设备中安全且无压力地、时间上不受限地储存在化学物质中。
在一种优选的实施形式中，至少一个电解槽与至少一个燃料电池通过第一化学反应器、储存罐和第二化学反应器连接。因此，本装置的各个部件或组成部分形成用于产生和储存能量的结合在一起的系统。本装置的各个电池和反应器与适当的连接管路连接，用于转化氢气以及芳香烃的低能或者富能形态。用于输送氢气的管路优选由气密性的并且耐压的材料制造。
优选的是，具有扩展的共轭π体系的至少一种低能的基质选自包含多环芳香烃、多环杂芳烃、共轭π有机聚合物或者它们的组合的组。
在一种实施形式中，具有扩展的共轭π体系的至少一种低能的基质选自包含具有N、S或者作为O的杂原子的稠合杂芳烃的组，其中所述杂原子是取代的或者未取代的。在此，稠合杂芳烃优选是环体系，其具有C6至C30，优选C8至C20，特别是C12。
在另一种优选的实施形式中，稠合烃的杂原子由至少一个烷基、至少一个芳基、至少一个烯基、至少一个炔基、至少一个环烷基和/或至少一个环烯基取代，其中以C1-C30烷基、优选以C1-C10烷基、尤其以C2-C5烷基来取代杂原子是有利的，并且也可以包含其它杂原子。
在一种特别优选的实施形式中，使用N-乙基咔唑、N-正丙基咔唑或者N-异丙基咔唑作为适合于储存氢气的低能基质。
在使用“烷基”、“烯基”、“芳基”等时，术语“取代”表示一个或多个原子(通常为H原子)由一个或多个下述取代基、优选由下述取代基中的一个或两个取代：卤素、羟基、受保护的羟基、氧代基、受保护的氧代基、C3-C7-环烷基、双环的烷基、苯基、萘基、氨基、受保护的氨基、单取代的氨基、受保护的单取代的氨基、双取代的氨基、胍基、受保护的胍基、杂环形的环、取代的杂环形的环、咪唑基、吲哚基、吡咯烷基、C1-C12-烷氧基、C1-C12-酰基、C1-C12-酰氧基、丙烯酰氧基、硝基、羧基、受保护的羧基、氨甲酰基、氰基、甲基磺酰基氨基、巯基、C1-C10-烷硫基和C1-C10-烷基磺酰基。取代的烷基、芳基、烯基可以一次或多次被取代并且优选一次或者两次以相同的或者不同的取代基来取代。
如在这里所使用的术语“炔基”表示分子式R-C≡C-的残基，特别是“C2-C8-炔基”。例如对于C2-C6-炔基而言包括：乙炔基、丙炔基、2-丁炔基、2-戊炔基(Pentinyl)、3-戊炔基、3-己炔基、4-己炔基、乙烯基以及直链和直链的烷基链的二炔和三炔。
如在这里所使用的术语“芳基”表示芳香烃，例如苯基、苄基、萘基或者蒽基。取代的芳基是如在上文中所定义的通过如在上文中所定义的一个或多个取代基来取代的芳基。
术语“环烷基”包括基团环丙基、环丁基、环戊基、环己基和环庚基。
术语“环烯基”包括基团环戊烯基、环己烯基、环庚烯基和环辛烯基。
有利的是，具有扩展的共轭π体系的低能基质在第一化学反应器中在50℃到180℃之间、优选在80℃到150℃之间的温度和2到200巴之间、优选10至100巴的压力下在存在适当的贵金属催化剂时至少部分氢化。用于使低能基质氢化的尤其适合的催化剂包含元素钌。
在另一种实施方式中，使用低温聚合物电解膜燃料电池(PEM)作为燃料电池。燃料电池不仅可以就其实际的功能而言用于氧化氢气，其中对于氢气氧化所需的氧气从空气中获取，而且同样可以就反转的功能而言作为电解槽来运行，其中对于电解所需的水仅从湿气中获取。在这里也可能的是，所需要的水从燃料电池中回收或者从罐中提取。因此所述至少一个电解槽优选作为反转地运行的低温聚合物电解膜燃料电池(PEM)来运行。
同样有利的是，在所述至少一个电解槽中设置至少一个储存水的介质。
优选使用的用于暂存所使用的烃的富能形态并且可能的低能形态的储存罐具有通常所使用的常规的加热油罐的配置和构造。
本装置能够实现用于通过使用上述装置为独立式建筑物供给能量的方法，该方法具有如下步骤：
-从至少一个可再生的能源、特别是光伏设备或者风力发电机设备中提供电流，优选直流电流，
-通过使用来自于至少一个可再生的能源的电流并且必要时利用在此产生的热例如用于准备热水在至少一个电解槽中由水制备氢气，
-将所形成的氢气从至少一个电解槽转送到包含至少一种具有扩展的共轭π体系的基质的第一化学反应器中，并且至少部分使所述基质氢化，
-将所述至少部分氢化的基质从第一化学反应器中转送到至少一个储存罐中并且必要时将至少部分氢化的基质储存在储存罐中，
-将所述至少部分氢化的基质从储存罐转送到至少一个第二化学反应器中并且在所述第二化学反应器中通过释放氢气使所述至少部分氢化的基质脱氢，以及
-将氢气从第二化学反应器转送到至少一个燃料电池中并且在同时释放电流和热形式的能量的情况下将氢气和存在于燃料电池中的氧气氧化为水。
在本方法的一种实施方式中，在电解槽中产生的氢气无需暂存地用于在第一化学反应器中至少部分氢化具有扩展的共轭π体系的至少一种基质。至少部分待氢化的烃优选以液态形式存在于第一化学反应器中。但是也可以考虑的是，使用固体聚集态的烃。
此外，有利的是，在至少部分氢化具有扩展的共轭π体系的至少一种基质时将在第一化学反应器中产生的热引入到独立式装置或者建筑物的加热系统中。具有扩展的共轭π体系的至少部分氢化的基质在第二化学反应器中通过供给热来脱氢。对于脱氢所需的热优选来自于独立式建筑物的加热系统，然而在需要时也可以由另一外部源例如直接的阳光照射来输送。接着，使在第二化学反应器中脱氢的基质从第二化学反应器经由储存罐返回到电解槽中。也就是说，对所使用的基质进行完全回收。因为所使用的基质未被消耗，所以可以追求非常长的使用时间或者大数目的回收循环。
也有利的是，在燃料电池中在氢气氧化期间形成的水被转送到电解槽中。同样可以设想的是，在燃料电池中形成的水仅部分地被回收。
在燃料电池中并且在用作氢化反应器的第一化学反应器中被释放的热优选被导入到加热系统中并且被释放的电流被导入到独立式建筑物的电网中。也就是说，即使在外部条件波动如不同的阳光照射情况下通过本方法也确保了均匀且恒定的热和电流供给。同样可考虑的是，从至少一个可再生的能源中所产生的能量例如电流向外被送到外部电网以稳定所述电网。此外合算的是，有时，即电便宜或者甚至以负价格记账时，除了所述至少一个可再生的能源以外或者单独在系统中容纳所述能量，而有时即电非常昂贵时，向外输出所述能量。
对于在燃料电池中氢气氧化所需的氧气优选从外部，也就是说，在建筑物的外部，以空气或者纯氧气的形式输送到燃料电池中。因此，安装产生氧气的设备是不必要的。但是也可以考虑，将在电解槽中在水分解期间形成的氧气直接导入到燃料电池中。
附图说明
以下参照描述多个实施例的附图详细阐述了本发明。在附图中：
图1示出根据本发明的装置的一种实施方式的示意图。
具体实施方式
在图1中示意性地输出了根据本发明的装置的一种优选的实施形式。
优选具有多个设置在建筑物屋顶上的太阳能电池板的光伏设备作为能源或者产生能量的设备1。这些板优选应设置为，使得确保阳光照射的最大可能的生产率。光伏设备同样实现了产生直流电流，通过所述直流电流可以无风险地生产氢气。
所产生的直流电流被引导到电解槽2例如PEM电解槽中，所述电解槽以反向作为电解电池工作的PEM燃料电池的形式实施。燃料电池的双重功能简化该设备并且使该设备便宜。同样可能使用市售的电解电池和独立的燃料电池，而不是PEM电解槽。
电解放热地进行并且在电解期间所产生的热可以在私人住宅中立刻被使用例如用于供给热水。就此而言所使用的电解电池的效率并不是决定性的。
所产生的氢气无需暂存地被立即用于氢化N-乙基咔唑或其部分氢化的富能的等价物。对此，罐内含物通过化学反应器3来泵送并部分氢化。完全的氢化是可能的，但是不是必要的。
在提取能量时，储存罐4的(部分)氢化的内含物通过吸热地工作的脱氢反应器5来引导并且在此氢气被释放。这些氢气在燃料电池6例如PEM燃料电池中被转化为电、水和热。水必要时准备用于电解，热用于加热脱氢反应器并且用于房屋热供给。
图1此外示出外部电网9，通过所述外部电网可以馈送外部的电流。外部电网9此外实现了将过剩的能量回馈到电网中。
实施例
前提是一个120qm的房屋，所述房屋根据ENEV 2012建造并且具有30kWh/qm的年供热需求和12.5kWh/qm的热水需求，总计42.5kWh/qm。
通过氢气在全氢化-N-乙基咔唑中的热值，得出低能材料的2400升＝5100kWh/a的年度体积，也就是说，耗油型采暖设备的现今的罐大小。对此产生4065kWh的电需求，以至于总能量需求是9165kWh/a。
如果1qm的太阳能板以100W和1000h的全负荷时间来计算，那么产生100kWh/qm的太阳能板或者对于9165kWh而言92qm的太阳能板用于整年的能量供应。
由此示出，具有92qm的太阳能电池和2400升的储存罐的单户住宅大致是能够自给自足的。

Claims (19)

1.一种用于为建筑物供给能量的装置，所述装置包括：
-至少一个产生能量的设备(1)，用于提供电流，
-至少一个电解槽(2)，所述电解槽用于通过使用来自于所述产生能量的设备(1)的电流由水制备氢气，
-至少一个燃料电池(6)，
其特征在于，具有：
-至少一个第一化学反应器(3)，所述第一化学反应器用于通过使用在所述电解槽(2)中形成的氢气至少部分使至少一种具有扩展的共轭π体系的基质氢化，
-至少一个储存罐(4)，所述储存罐用于储存在所述第一化学反应器(3)中至少部分氢化的基质，
-至少一个第二化学反应器(5)，所述第二化学反应器用于通过释放氢气至少部分使在所述第一化学反应器(3)中制备的和在所述储存罐(4)中储存的至少部分氢化的基质脱氢，以及所述燃料电池(6)用于通过释放能量来氧化在所述第二化学反应器(5)中释放的氢气，
-热传导装置，用于将在所述第一化学反应器(3)中和/或在所述燃料电池(6)中产生的热传导到所述建筑物的加热系统中和/或用于传导对在所述第二化学反应器(5)中所述脱氢所需的来自于所述建筑物的加热系统的热。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个电解槽(2)经由所述第一化学反应器(3)、所述储存罐(4)和所述第二化学反应器(5)与所述至少一个燃料电池(6)连接。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述至少一种具有扩展的共轭π体系的基质选自如下组，所述组包含多环芳香烃、多环杂芳烃、共轭π有机聚合物或者其组合。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述至少一种具有扩展的共轭π体系的基质选自如下组，所述组包含具有N、S或者作为O的杂原子的稠合杂芳烃，其中所述杂原子是取代的或者未取代的。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述稠合杂芳烃是环体系，所述环体系具有C6至C30。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述杂原子由至少一个烷基、至少一个芳基、至少一个烯基、至少一个炔基、至少一个环烷基和/或至少一个环烯基取代。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述杂原子由C1-C30烷基来取代。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，N-乙基咔唑、N-正丙基咔唑或者N-异丙基咔唑用作具有扩展的共轭π体系的基质。
9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述具有扩展的共轭π体系的基质在所述第一化学反应器(3)中在50℃到180℃之间的温度和2巴到200巴之间的压力下在存在适当的催化剂时至少部分被氢化。
10.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述至少一个燃料电池(6)是低温聚合物电解膜燃料电池(PEM)并且所述至少一个电解槽(2)是反转地运行的低温聚合物电解膜燃料电池(PEM)。
11.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在所述至少一个电解槽(2)中设置有至少一种储存水的介质。
12.一种用于通过使用根据上述权利要求中任一项所述的装置为独立式建筑物供给能量的方法，
包括如下步骤：
-从至少一个能再生的能源中提供电流，
-通过使用来自于所述至少一个能再生的能源的电流在至少一个电解槽(2)中由水制备氢气，
-将形成的所述氢气从所述至少一个电解槽(2)转送到包含至少一种具有扩展的共轭π体系的基质的第一化学反应器(3)中，并且至少部分使所述基质氢化，
-将至少部分氢化的所述基质从所述第一化学反应器(3)中转送到至少一个储存罐(4)中并且将至少部分氢化的所述基质储存在所述储存罐(4)中，
-将至少部分氢化的所述基质从所述储存罐(4)转送到至少一个第二化学反应器(5)中并且在所述第二化学反应器(5)中通过释放氢气使至少部分氢化的所述基质脱氢，
-将所述氢气从所述第二化学反应器(5)转送到至少一个燃料电池(6)中并且在同时释放电流和热形式的能量时将所述氢气和存在于所述燃料电池中的氧气氧化为水，
-使在至少部分氢化具有扩展的共轭π体系的所述至少一种基质时在所述第一化学反应器(3)中产生的热和/或使所述在所述燃料电池(6)中释放的热引入到所述建筑物的加热系统中，和/或
-使用对在所述第二化学反应器(5)中所述脱氢所需的来自于所述加热系统的热。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述电解槽中产生的所述氢气无需暂存地用于在所述第一化学反应器(3)中至少部分氢化具有扩展的共轭π体系的所述至少一种基质。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，使在所述第二化学反应器(5)中脱氢的所述基质从所述第二化学反应器(5)经由所述储存罐(4)返回到所述电解槽(2)中。
15.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，将在所述燃料电池(6)中在氢气氧化期间形成的水转送到所述电解槽(2)中。
16.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，将所述在所述燃料电池(6)中释放的电流导入到所述独立式建筑物的电网中或者外部电网(9)中。
17.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，对在所述燃料电池(6)中氢气氧化所需的氧气从外部以空气的形式输送到所述燃料电池(6)中。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在需要时将另一能源的附加的电流馈送到所述独立式建筑物的所述电网中。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在需要时，将来自于所述燃料电池(6)的附加的电流反馈到所述外部电网(9)中。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011121704A1 (de) * 2011-12-10 2013-06-13 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Anordnung und Verfahren zur Energiespeicherung in Gebäuden
DE102011115950A1 (de) * 2011-10-09 2013-04-11 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Energiequelle zum Betrieb von Unterwasserschiffen
DE102013223589B4 (de) 2013-11-19 2016-11-17 Hydrogenious Technologies Gmbh Anlage und Verfahren zum Speichern von Energie
DE102013114680A1 (de) * 2013-12-20 2015-06-25 Hydrogenious Technologies Gmbh Energieversorgungssystem
JP6415941B2 (ja) * 2014-11-19 2018-10-31 株式会社東芝 水素製造装置、水素製造方法及び電力貯蔵システム
DE102015201751A1 (de) * 2015-02-02 2016-08-04 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Regenerieren von Atemluft
CA2933996A1 (en) * 2016-06-27 2017-12-27 Marvin Milos Clean energy production method and apparatus
DE102016011208A1 (de) 2016-09-16 2018-03-22 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung des Stickoxidausstoßes von Verbrennungsmotoren
US20180219267A1 (en) * 2017-01-27 2018-08-02 Ford Global Technologies, Llc High-efficiency hydrogen-powered motor vehicle
NL1042646B1 (en) 2017-11-15 2019-05-22 Flamco Bv Domestic buffer and/or generator system
DE102018213689A1 (de) 2018-08-14 2020-02-20 Hydrogenious Lohc Technologies Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Bereitstellen von Wasserstoffgas
FR3090569B1 (fr) * 2018-12-19 2022-07-29 Naval Group Système d’alimentation électrique pour un véhicule sous-marin
CN112787355B (zh) * 2019-11-04 2023-11-28 国家能源投资集团有限责任公司 一种能源耦合系统及其控制方法和装置
KR20240030338A (ko) 2022-08-30 2024-03-07 한국과학기술연구원 개질 공정 및 액상유기수소운반체를 이용한 수소 생산 시스템

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2165742A1 (en) * 1994-12-22 1996-06-23 Klaus Ruthrof Fuel cell system
CN1809505A (zh) * 2003-05-06 2006-07-26 空气化工产品公司 通过π－共轭基质的可逆氢化的氢气存储

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6068A (ja) * 1983-06-15 1985-01-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池複合システム
DE3413772A1 (de) 1984-04-12 1985-10-24 Siegfried Gutfleisch Einrichtung zur energieversorgung von gebaeuden unter nutzung der sonnenergie als energiequelle
JP3912978B2 (ja) 2000-12-11 2007-05-09 株式会社電制 水素貯蔵・供給システムおよび水素貯蔵・供給装置ならびに水素貯蔵・供給用触媒
JP2003040601A (ja) * 2001-07-27 2003-02-13 Kansai Electric Power Co Inc:The 水素供給方法
JP2003282122A (ja) 2002-02-19 2003-10-03 Proton Energy Systems Inc エネルギ蓄積および回収システムならびにその使用方法
JP2004103336A (ja) * 2002-09-06 2004-04-02 Science Univ Of Tokyo 燃料電池システムおよび融雪装置
US7169493B2 (en) 2003-04-30 2007-01-30 Proton Energy Systems, Inc. Fuel cell system with thermal management and method of operation thereof
MXPA05011850A (es) * 2003-05-06 2006-05-25 Air Prod & Chem Almacen de hidrogeno reversible hidrogenado de los sustratros pi-conjugados.
JP2005295616A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Shunji Kawabata エコ駐輪場
DE102004030717A1 (de) 2004-06-25 2006-01-19 Mayer, Günter, Dipl.-Ing. Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung von geothermer und regenerativer Energie durch die Umwandlung in chemische Energie
US7485161B2 (en) 2005-01-04 2009-02-03 Air Products And Chemicals, Inc. Dehydrogenation of liquid fuel in microchannel catalytic reactor
JP2006248814A (ja) 2005-03-09 2006-09-21 Hitachi Ltd 水素供給装置および水素供給方法
DE202005011017U1 (de) 2005-07-13 2005-12-01 Jakobi, Norbert Regelbare Energiestation in Gebäuden
WO2007075893A2 (en) 2005-12-22 2007-07-05 Royal Appliance Mfg. Co. Dual stage cyclone vacuum cleaner
DE112006003579T5 (de) 2005-12-28 2009-01-29 Hitachi, Ltd. Katalysator mit einer Dehydrierungsfunktion oder Hydrierungsfunktion, Brennstoffzelle unter Verwendung des Katalysators und Wasserstoff-Speicher/Zufuhr-Vorrichtung
US20080138675A1 (en) * 2006-12-11 2008-06-12 Jang Bor Z Hydrogen generation and storage method for personal transportation applications
JP5272320B2 (ja) 2007-03-29 2013-08-28 株式会社日立製作所 水素供給装置とその製造方法、及びそれを用いた分散電源と自動車
US8338055B2 (en) * 2007-04-04 2012-12-25 General Electric Company System and method for electrochemical energy conversion and storage
JP2009007647A (ja) 2007-06-29 2009-01-15 Hitachi Ltd 有機ハイドライド製造装置、及び、それを用いた分散電源と自動車
DE102007039478A1 (de) 2007-08-21 2009-02-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Wasserstoffgenerator sowie Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff
KR100911055B1 (ko) * 2007-10-19 2009-08-06 (주)퓨얼셀 파워 연료전지 시스템의 열회수 장치
DE102008007927A1 (de) 2008-02-07 2009-08-13 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Bereitstellen von Wasserstoff, Sauerstoff und/oder Strom für einen chemischen Prozess
KR100986525B1 (ko) 2008-02-25 2010-10-07 현대자동차주식회사 증발냉각식의 연료전지 시스템과 그 냉각방법
US7901491B2 (en) 2008-03-31 2011-03-08 General Electric Company Hydrogen storage material and related system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2165742A1 (en) * 1994-12-22 1996-06-23 Klaus Ruthrof Fuel cell system
CN1809505A (zh) * 2003-05-06 2006-07-26 空气化工产品公司 通过π－共轭基质的可逆氢化的氢气存储

Also Published As

Publication number Publication date
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