DE10155171A1

DE10155171A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff

Info

Publication number: DE10155171A1
Application number: DE10155171A
Authority: DE
Inventors: Daniel Herbst
Original assignee: Individual
Current assignee: Tech-Solute & Co Kg 76131 Karlsruhe De GmbH
Priority date: 2000-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2021-11-13
Also published as: DE10155171B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff vorgeschlagen, indem eine wäßrige alkalische Lösung mit Silicium oder einer Siliciumlegierung unter Abspaltung von Wasserstoff umgesetzt und das Silicium in Form von Siliciumionen gelöst wird. Die gelösten Siliciumionen werden bei einer Temperatur von wenigstens 150 DEG C in Form kristallinen, im wesentlichen wasserfreien Siliciumdioxids ausgeschieden. Die Temperatur bei der Umsetzung des Siliciums oder der Siliciumlegierung mit der wäßrigen alkalischen Lösung wird unterhalb der Temperatur eingestellt, bei der das kristalline, wasserfreie Siliciumdioxid aus der wäßrigen alkalischen Lösung ausgeschieden wird, wobei die Umsetzungstemperatur vorzugsweise zweischen 70 DEG C und 150 DEG C eingestellt wird. Das Silicium oder die Siliciumlegierung werden bevorzugt bei erhöhtem Druck, insbesondere bei einem Druck oberhalb des Sättigungsdampfdrucks der wäßrigen alkalischen Lösung in dieser gelöst. Ferner wird eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und deren Verwendung vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff, indem eine wäßrige, alkalische Lösung mit Si licium und/oder wenigstens einer Siliciumlegierung unter Abspaltung von Wasserstoff umgesetzt und das Silicium in Form von Siliciumionen gelöst wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und deren Verwen dung.

Verfahren der vorgenannten Art sind bekannt (DE-"Zeit schrift für angewandte Chemie", Jahrgang 1911, Heft 5, Sei ten 195 bis 20 DE-"Chemiker-Zeitung", Jahrgang 1916, Heft 132, Seite 928; US-"Engineering" Jahrgang 1919, Heft 107, Seiten 102 bis 103; US-"Engineering", Jahrgang 1920, Heft 109, Seite 811; US 3 895 102; DE 199 54 513). Diese nutzen das geringe Gewicht des eingesetzten Siliciums bezogen auf die erzeugte Wasserstoffmenge sowie die hohe Verfügbarkeit und die gute Lager- und Transportfähigkeit von Silicium.

Bei diesen Verfahren werden die gelösten Siliciumionen nur sehr langsam aus der wäßrigen alkalischen Lösung ausge schieden. Da die Sättigungsgrenze der Lösung schnell er reicht ist, ist eine große Menge an wäßriger alkalischer Lösung bereitzuhalten. Dies verhindert eine kompakte Bau weise einer solchen Vorrichtung. Weiterhin binden die beim Ausscheiden des Siliciums entstehenden polymeren hydratrei chen Kieselsäureformen einen hohen Wasseranteil, so daß bei den bekannten Verfahren verhältnismäßig viel Wasser ver braucht wird.

Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff durch Umsetzen einer wäßrigen alkalischen Lö sung mit Silicium (DE-PS 21 67 68) wird die Lösung derart aufbereitet, daß für das Entfernen der gelösten Siliciumio nen aus der wäßrigen alkalischen Lösung im wesentlichen kein Wasser verbraucht wird. Die als Lösung verwendete Al kalilauge wird mittels unlöslicher Erdalkalihydroxide, z. B. Calciumhydroxid, wiederaufbereitet, wobei schwerlösli ches Erdalkalisilikat aus der Lösung ausgeschieden wird. Nachteilig ist, daß bei diesem Verfahren Erdalkalihydroxid verbraucht wird, wodurch sich die Betriebskosten des Ver fahrens und das Gewicht der entsprechenden Vorrichtung er höhen.

Bei einem weiteren Verfahren (DE 199 54 513) wird das Sili cium und/oder die Siliciumlegierung bei erhöhter Temperatur in der wäßrigen alkalischen Lösung gelöst und werden die gelösten Siliciumionen bei einer Temperatur, die wenigstens 150°C beträgt und unterhalb der Lösetemperatur des Silici ums und/oder der Siliciumlegierung eingestellt wird, in Form von kristallinem, im wesentlichen wasserfreiem Silici umdioxid ausgeschieden. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die Kristallisationstemperatur abhängig von der bei der Wasserstoffentstehung freigesetzten Wärme menge ist und somit stets ein Mindestumsatz an Silicium vorhanden sein muß, um die für die Kristallisation notwen dige Temperatur zu halten. Überdies ist die Zeitdauer bis zum Erreichen der Betriebstemperatur verhältnismäßig lang. Das Verfahren ist folglich für eine sich schnell ändernde Wasserstoffentnahme, wie sie z. B. bei Lastwechseln auf tritt, ungeeignet. Ferner werden durch die hohe Temperatur während der Wasserstoffbildung kristalline Siliciumdioxid abscheidungen auf dem eingesetzten Siliciums und/oder der Siliciumlegierung gebildet, welche die Wasserstoffbildung vermindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff durch Umsetzen einer wäßrigen alkalischen Lösung mit Silicium und/oder wenigstens einer Siliciumlegierung unter Wasserstoffabspaltung vorzuschla gen, bei dem unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile im wesentlichen nur Silicium sowie die zur im wesentlichen vollständigen Oxidation des Siliciums unter Wasserstoffbil dung erforderliche Wassermenge verbraucht wird. Sie ist ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und deren Verwendung gerichtet.

Erfindungsgemäß wird der verfahrenstechnische Teil dieser Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art da durch gelöst, daß die gelösten Siliciumionen bei einer Tem peratur von wenigstens 150°C als kristallines, wasserfreies Siliciumdioxid aus der wäßrigen alkalischen Lösung ausge schieden werden, wobei die Temperatur bei der Umsetzung der wäßrigen alkalischen Lösung mit dem Silicium und/oder der Siliciumlegierung zu Wasserstoff unterhalb der Temperatur eingestellt wird, bei der das kristalline wasserfreie Sili ciumdioxid aus der wäßrigen alkalischen Lösung ausgeschie den wird.

Zur Lösung des vorrichtungstechnischen Teils der genannten Aufgabe sieht die Erfindung bei einer Vorrichtung zur Her stellung von Wasserstoff durch Umsetzen einer wäßrigen al kalischen Lösung mit Silicium und/oder wenigstens einer Si liciumlegierung einen Wasserstoffreaktor (1) zur Aufnahme einer Schüttung des Siliciums und/oder der Siliciumlegie rung in partikulärer Form mit einer verschließbaren Füll öffnung für das Silicium und/oder die Siliciumlegierung, einem Zulauf für die wäßrige alkalische Lösung und einer Ableitung mit einem Absperr- und/oder Steuerventil zum Aus schleusen der wäßrigen alkalischen Lösung und des Wasser stoffs, welche mit einem Abzweig mit wenigstens einem Gas ventil zum Ausschleusen des Wasserstoffs ausgestattet ist, sowie einen dem Wasserstoffreaktor über die Ableitung nach geschalteten Kristallisator zum Ausscheiden von kristalli nem Siliciumdioxid vor.

Beim Lösen des Siliciums und/oder der Siliciumlegierung, z. B. handelsüblichen Ferrosiliciums, in der wäßrigen alka lischen Lösung geht das Silicium ionisch in Lösung. An schließend wird die Siliciumionen enthaltende wäßrige alka lische Lösung auf eine Temperatur oberhalb etwa 150°C, vor zugsweise oberhalb etwa 200°C erwärmt. Infolge der Aus scheidungstemperatur von wenigstens 150°C wird kristallines wasserfreies Siliciumdioxid ausgeschieden. Da die Ausschei dung des gelösten Siliciums aus der wäßrigen alkalischen Lösung bei wesentlich höheren Temperaturen als bei den be kannten Verfahren abläuft, wird die Bildung von hydratrei chen Kieselsäureformen weitestgehend verhindert und im we sentlichen nur die gemäß der Reaktionsgleichung

Si + H₂O → SiO₂ + 2 H₂

stöchiometrische Wassermenge verbraucht.

Ferner ergibt sich gegenüber den bekannten Verfahren der Vorteil, daß durch die im wesentlichen vollständige Oxida tion des Siliciums das Gewicht und das Volumen des ausge schiedenen Siliciumdioxids bezogen auf die erzeugte Wasser stoffmenge minimiert werden.

Durch die im Vergleich mit der Ausscheidungstemperatur niedrigere Umsetzungstemperatur des Siliciums und/oder der Siliciumlegierung mit der wäßrigen alkalischen Lösung unter Abscheidung von Wasserstoff von vorzugsweise 70°C bis 150°C werden überdies während der Wasserstoffbildung ausfallende Siliciumdioxidabscheidungen auf dem eingesetzten Silicium bzw. auf der eingesetzten Siliciumlegierung zuverlässig vermieden, was in einem maximalen Umsatz des Ausgangsmate rials resultiert. Ferner ergibt sich die Möglichkeit, die Kristallisationstemperatur von einer äußeren Wärmequelle aufzubringen, so daß die Kristallisationstemperatur unab hängig von der bei der Wasserstoffentstehung freigesetzten Wärmemenge aufgebracht wird und die erzeugte Wasserstoff menge somit bedarfsabhängig gesteuert werden kann.

In bevorzugter Ausführung wird das Silicium und/oder die Siliciumlegierung bei erhöhtem Druck, insbesondere bei ei nem Druck im Bereich oder oberhalb des Sättigungsdampf drucks der wäßrigen alkalischen Lösung in derselben gelöst, um die Bildung einer Dampfphase der Lösung zu verhindern und im wesentlichen reinen Wasserstoff zu erhalten.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nachfolgenden Be schreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Verfahrensfließbild einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung von Wasserstoff;

Fig. 2 ein schematisches Verfahrensfließbild einer anderen Ausführungsform des Verfahrens gemäß Fig. 1 mit größerer Lastspreizung;

Fig. 3 eine Detailansicht einer Ausführungsform ei nes Kristallisators;

Fig. 4 und 5 jeweils eine geschnittene Detailansicht einer den Kristallisator mit einem Siliciumdioxid- Speicher verbindenden, verschließbaren Füll öffnung und

Fig. 6 eine geschnittene Detailansicht einer den Wasserstoffreaktor mit einem Silicium- Speicher verbindende Füllöffnung.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist einen Wasser stoffreaktor 1 auf, in dem sich eine Schüttung aus Silicium oder Siliciumlegierungen in partikulärer, z. B. stückiger, gekörnter oder granulierter Form befindet (nicht gezeigt). Der Wasserstoffreaktor 1 weist eine verschließbare oder steuerbare Füllöffnung 2 für das Silicium bzw. die Silici umlegierung, eine Ableitung 3 zum Ausschleusen von Wasser stoff und verbrauchter wäßriger alkalischer Lösung und ei nen Zulauf 4 für regenerierte wäßrige alkalische Lösung auf. Die Ableitung 3 ist mit einem Abzweig 18 für den im Wasserstoffreaktor 1 erzeugten Wasserstoff mit einem steu erbaren Gasventil 5 und einem diesem nachgeschalteten Pro portional-Überströmventil 6 ausgestattet, welches den Druck im Wasserstoffreaktor nicht unterhalb des Sättigungsdampf drucks der wäßrigen alkalischen Lösung sinken läßt. Dem Proportional-Überströmventil 6 ist ein Gasreiniger (nicht gezeigt) für den gebildeten Wasserstoff nachgeschaltet.

Dem Wasserstoffreaktor 1 ist über die Ableitung 3 ein be heizbarer Kristallisator 9 zum Ausscheiden von kristallinem Siliciumdioxid nachgeordnet. Der Wasserstoffreaktor 1 ist mit dem Kristallisator 9 ferner über eine Rücklaufleitung 8 zum Rezirkulieren der wäßrigen alkalischen Lösung verbun den, welche den Zulauf 4 des Wasserstoffreaktors 1 für die wäßrige alkalische Lösung bildet. Sowohl die Ableitung 3 als auch die Rücklaufleitung 8 sind jeweils mit einem ins besondere steuerbaren Absperrventil 10, 11 ausgestattet. In die Rücklaufleitung 8 mündet stromab des Absperrventils 11 ein Zulaufventil 16 zum Nachfüllen von Wasser. Das Zulauf ventil 16 kann zugleich zur Zugabe frischer alkalischer Lö sung dienen, oder es ist ein separates, mit dem Wasser stoffreaktor (1) und/oder dem Kristallisator (9) in Verbin dung stehendes Laugenventil vorgesehen (nicht dargestellt). Ferner ist an die Rücklaufleitung 8 ein Volumenausgleichs element 17 angeschlossen, dessen Funktion später beschrie ben ist.

Der Wasserstoffreaktor 1 steht über die verschließbare Füllöffnung 2 mit einem Silicium-Speicher 13 in Verbindung, welcher zur Bevorratung des in den Wasserstoffreaktor 1 zu überführenden Siliciums bzw. der Siliciumlegierung dient. Die Füllöffnung 2 kann beispielsweise von einer weiter un ten unter Bezugnahme auf Fig. 6 näher erläuterten Drehku gelschleuse oder von einer Förderschnecke, Zellenradschleu se oder dergleichen gebildet sein. Desgleichen steht der Kristallisator 9 über eine verschließbare Füllöffnung 12 mit einem Siliciumdioxid-Speicher 13 für das anfallende Si liciumdioxid in Verbindung, welche beim vorliegenden Aus führungsbeispiel von einem Überdruckventil gebildet ist, dem eine Pumpe zur Förderung des Siliciumdioxids aus dem Kristallisator, z. B. eine Schneckenpumpe (nicht gezeigt), nachgeschaltet ist. Alternativ kann die verschließbare Füllöffnung 12 von einer Förderschnecke, Zellenradschleuse oder dergleichen und insbesondere von einer weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 4 und 5 näher erläuterten Drehku gelschleuse gebildet sein kann.

Der Siliciumdioxid-Speicher 13 und der Silicium-Speicher 7 befinden sich in einem durch eine bewegliche Trennwand 14 getrennten, gemeinsamen Speicherbehälter 15 mit jeweils ei ner Kammer für das Siliciumdioxid und das Silicium bzw. die Siliciumlegierung. Die Trennwand 14 ist entlang dem Quer schnitt des Speicherbehälters 15 verschiebbar (Pfeil 14a), um dem bei fortwährendem Betrieb auftretenden Anfall von Siliciumdioxid bzw. Verbrauch von Silicium unter Gewährlei stung einer kompakten Bauweise Rechnung zu tragen.

Der Wasserstoffreaktor 1 ist vorzugsweise von einem in Fig. 1 nicht näher dargestellten Rührkesselreaktor gebildet, um durch die derart erzeugte Strömung Verkrustungen oder Ver stopfungen des Reaktors 1 infolge Ablagerungen von Silici umdioxid zu verhindern. Alternativ oder zusätzlich kann ei ne solche Strömung durch geeignete Einlaufgeschwindigkeiten der wäßrigen alkalischen Lösung über den Zulauf 4 erzeugt werden. Dem Kristallisator 9 kann ein (in Fig. 1 nicht ge zeigter) Klassierer, insbesondere in Form eines Hydrozy klons, nachgeschaltet sein, der weiter unten unter Bezug nahme auf Fig. 3 näher erläutert ist.

Zum Beheizen des Kristallisators 9 ist eine äußere Wärme quelle in Form eines Katalytbrenners (nicht gezeigt) vorge sehen, welcher mit einem Teil des erzeugten Wasserstoffs und/oder mit dem Wasserstoffanteil im Abgas einer Brenn stoffzelle (nicht dargestellt) gespeist ist. Ebenfalls kann Abwärme genutzt werden, die bei der Nutzung des erzeugten Wasserstoffs, z. B. in Brennstoffzellen oder Verbrennungsmo toren, freigesetzt wird. Überdies kann die bei der Umset zung des Siliciums bzw. der Siliciumlegierung mit der wäß rigen alkalischen Lösung freiwerdende Reaktionswärme im Wasserstoffreaktor 1 mittels Wärmetauscher genutzt werden.

Der Wasserstoffreaktor 1 ist ebenfalls beheizbar, um die Inbetriebnahme des noch kalten Reaktors 1 zu beschleunigen.

Nachstehend ist das Verfahren anhand der beschriebenen Vor richtung erläutert:
In dem Wasserstoffreaktor 1 wird durch Umsetzen der wäßri gen alkalischen Lösung mit der partikulären Schüttung aus Silicium und/oder Siliciumlegierungen Wasserstoff erzeugt, wobei das Silicium in Form von Siliciumionen in der wäßri gen alkalischen Lösung gelöst wird. Bei der Bildung von Wasserstoff wird Reaktionswärme freigesetzt, die vorteil haft dazu genutzt wird, um die Temperatur im Wasserstoffre aktor 1 soweit zu erhöhen, daß sie wesentlich oberhalb der Umgebungstemperatur liegt, um die Wasserstoffbildung zu be schleunigen. Die Umsetzungstemperatur wird jedoch unterhalb der Kristallisationstemperatur, vorzugsweise zwischen 70°C und 150°C eingestellt. Gegebenenfalls kann eine (nicht dar gestellte) Heizung die Inbetriebnahme des noch kalten Reak tors 1 beschleunigen.

Ein Teil der im Wasserstoffreaktor 1 vorliegenden wäßrigen alkalischen Lösung wird von dem erzeugten Wasserstoff nach dem Prinzip einer Mammutpumpe bei geöffnetem Absperrventil 10 und geschlossenem Absperrventil 11 in den Kristallisator 9 gefördert. Nach Schließen des Absperrventils 10 wird der Kristallisator 9 von einer äußeren Wärmequelle (nicht dar gestellt) auf Temperaturen oberhalb 150°C, vorteilhaft über 200°C, erhitzt. Als Wärmequelle wird zweckmäßigerweise Ab wärme genutzt, die bei der Nutzung des entstehenden Wasser stoffs z. B. in Brennstoffzellen oder Verbrennungsmotoren anfällt. Ebenfalls kann bei der Verbrennung des Wasser stoffs in Brennstoffzellen der Wasserstoffanteil im Abgas der Brennstoffzellen verbrannt und zur Erwärmung des Kri stallisators 9 genutzt werden. Infolge der Erhitzung werden die in der wäßrigen alkalischen Lösung gelösten Siliciumio nen als wasserfreies, kristallines Siliciumdioxid (SiO₂) ausgeschieden. Die Ausscheidung des SiO₂ wird durch vorhe riges Zusetzen von Kristallkeimen, wie feinpartikulärem SiO₂, beschleunigt. Das ausgefällte kristalline, wasser freie SiO₂ gelangt über das Überdruckventil 12 in den SiO₂- Speicher 13, wobei zur Förderung des anfallenden SiO₂ die zwischen dem Überdruckventil 12 und dem SiO₂-Speicher ange ordnete (nicht dargestellte) Förderpumpe dient. Alternativ kann eine reine Schwerkraftförderung vorgesehen sein.

Nach Ausfallen des kristallinen, wasserfreien SiO₂ wird das Absperrventil 11 geöffnet, wobei die Lösung infolge des durch den beim Erwärmen im Kristallisator 9 erhöhten Drucks über in die Rücklaufleitung 8 in den Wasserstoffreaktor 1 rezirkuliert wird.

Obgleich bei der Umsetzung des Siliciums bzw. der Silicium legierung mit der wäßrigen alkalischen Lösung keine Lauge verbraucht wird und letztere nur katalytisch wirksam ist, ist ein regelmäßiges Zusetzen von Lauge dann erforderlich, wenn in die Vorrichtung eingetragenes Kohlendioxid aus der Luft, z. B. bei der Befüllung des Wasserstoffreaktors 1 mit Silicium, einen Teil der wäßrigen alkalischen Lösung neu tralisiert. In diesem Fall wird dem Kristallisator 1 über das Zulaufventil 16 oder ein separates Laugenventil (nicht gezeigt) die erforderliche Laugenmenge zugesetzt.

Eine Steuerung der erzeugten Wasserstoffmenge erfolgt über die verfügbare Menge der wäßrigen alkalischen Lösung im Wasserstoffreaktor 1, die durch den Wasserstoffdruck mit tels des steuerbaren Gasventils 5 nach Art einer Niveaure gelung eingestellt wird. Wird durch die Umsetzung mehr Was serstoff gebildet als über das steuerbare Gasventil 5 abge führt wird, so verdrängt der Wasserstoff aufgrund seines steigenden Gasvolumens die wäßrige alkalische Lösung teil weise oder vollständig aus dem Wasserstoffreaktor 1 über die Rücklaufleitung 8 in das Volumenausgleichselement 17. Ist die wäßrige alkalische Lösung gänzlich aus dem Wasser stoffreaktor 1 verdrängt und ein Kontakt des Siliciums und/oder Siliciumlegierung mit der Lösung dadurch unterbun den, wird die Wasserstoffbildung unterbrochen. Das Volumen der verdrängten Lösung wird durch das Volumenausgleichsele ment 17, welches mit dem steuerbaren Gasventil 5 zusammen wirkt, kompensiert. Das Volumenausgleichselement 17 dient ebenfalls zum Kompensieren des Volumens des bei der Umset zung verbrauchten Wassers.

Aufgrund ihrer kompakten Ausbildung ist die erfindungsgemä ße Vorrichtung z. B. zur Wasserstoffsynthese für Brenn stoffzellen, insbesondere für Fahrzeuge mit Wasserstoffan trieben, wie Brennstoffzellen, Wasserstoffmotoren oder der gleichen, geeignet. Dies insbesondere dann, wenn bei sol chen Fahrzeugen das bei der Verbrennung in Brennstoffzellen oder Wasserstoffmotoren entstehende Wasser wieder zur Was serstofferzeugung verwendet wird. Auf diese Weise wird der Wasserverbrauch solcher Fahrzeuge minimiert.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 weist ebenfalls einen Wasser stoffreaktor 1 auf, der eine Schüttung aus partikulärem Si licium oder Legierung desselben aufnimmt und mit einem Rührwerk 19 ausgestattet ist, um für eine kontinuierliche Anströmung der Schüttung mit wäßriger alkalischer Lösung zu sorgen und Verkrustungen oder Verstopfungen des Reaktors 1 infolge SiO₂-Ablagerungen zu verhindern. Der Wasserstoffre aktor 1 steht mit einem Kristallisator 9 wiederum einer seits über eine Ableitung 3, andererseits über eine den Zu lauf 4 des Wasserstoffreaktors 1 bildende Rücklaufleitung 8 in Verbindung. Die Ableitung 3 ist mit einem Abzweig 18 zum Ausschleusen des erzeugten Wasserstoffs ausgestattet, der entsprechend der Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit einem steuer baren Proportional-Überstromventil 6 ausgestattet ist. Dem Überstromventil 6 ist zweckmäßig ein Gasreiniger nachge schaltet (nicht dargestellt).

In der in den Kristallisator 9 mündenden Ableitung 8 des Wasserstoffreaktors 1 ist ein Ausgleichsbehälter 20 für die wäßrige alkalische Lösung angeordnet, der zur Bevorratung der Lauge dient, um im Falle eines erhöhten Wasserstoffbe darfs (Vollast) die Laugenkonzentration im Wasserstoffreak tor 1 zu erhöhen. Eine Bypaßleitung 21 überbrückt den Aus gleichsbehälter 20 und verbindet den Wasserstoffreaktor un mittelbar mit dem Kristallisator. Die Ableitung 3, die Rücklaufleitung 8 sowie die Bypaßleitung 21 sind mit Rück schlagventilen 22, 23, 24 ausgestattet, um den Betriebs druck im Kristallisator 9 z. B. auf etwa 40 bar zu halten. In der Ableitung 3 und der Rücklaufleitung 8 sind überdies steuerbare Absperrventile 10, 11 angeordnet, wobei das Ab sperrventil 10 in der Ableitung 3 zugleich die Funktion des Gasventils 5 der Vorrichtung gemäß Fig. 1 übernimmt. Eine Umwälzpumpe 25 dient zum aktiven Überführen der wäßrigen alkalischen Lösung zwischen dem Wasserstoffreaktor 1 und dem Kristallisator 9.

Dem Kristallisator 9 ist beim vorliegenden Ausführungsbei spiel ein Hydrozyklon 26 nachgeschaltet, der im Sinkstrom über eine verschließbare Füllöffnung 12 mit einem Silicium dioxid-Speicher 13 in Verbindung steht. Ein Zulaufventil 16 zum Nachdosieren von Wasser mündet in den Sinkstrom des Hy drozyklons 26, um die an den abgeschiedenen SiO₂-Kristallen anhaftende wäßrige alkalische Lösung abzuspülen. Eine Um wälzpumpe 27 dient zum Rückführen der im Steigstrom des Hy drozyklons 26 abgeschiedenen Lauge in den Kristallisator 9. Die aus Kristallisator 9 und Hydrozyklon 26 gebildete Ein heit ist in Fig. 3 dargestellt. Bevorzugte Ausführungsfor men der Füllöffnung 12 sind in Fig. 4 und 5 wiedergegeben.

Der Siliciumdioxid-Speicher 13 ist entsprechend der Vor richtung gemäß Fig. 1 von einer Kammer eines Speicherbehäl ters 15 gebildet, dessen andere, über eine verschiebbare Trennwand 14 von dem Siliciumdioxid-Speicher 13 getrennte Kammer als Silicium-Speicher 7 dient. Letzterer steht über eine in Fig. 6 dargestellte Füllöffnung 2 mit dem Wasser stoffreaktor 1 in Verbindung.

Zur Beheizung des Wasserstoffbehälters 1 ist ein Latentwär mespeicher vorgesehen, welcher den Reaktor 1 nach Art eines Heizmantels umgibt (nicht gezeigt). Der Latentwärmespeicher des Reaktors 1 ist mit einem im Bereich oder unterhalb der Betriebstemperatur kristallisierenden Salz befüllt, wobei z. B. Natriumacetat zum Einsatz kommt, welches eine Kristal lisationstemperatur von 58°C aufweist. Der Latentwärmespei cher dient als Heizung ausschließlich zur Beschleunigung eines Kaltstarts des Reaktors 1 und wird während des Be triebs von der freigesetzten Reaktionswärme aufgeladen. Bei fortwährendem Betrieb dient der Latentwärmespeicher des Re aktors 1 zur Isolation oder auch zur Kühlung desselben, wo bei die Wärme des Latentwärmespeicher des Reaktors 1 zweck mäßig zur Beheizung des Kristallisators 9 genutzt wird, was über Wärmetauscher (nicht gezeigt) geschehen kann.

Zur Beheizung des Kristallisators 9 ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ferner ein Katalytbrenner (nicht darge stellt) vorgesehen, welcher mit einem Teil des erzeugten Wasserstoffs und/oder mit dem Wasserstoffanteil im Abgas einer Brennstoffzelle gespeist ist. Um einen dynamischen Betrieb der Vorrichtung mit fortwährenden Lastwechseln zu gewährleisten, ist der Kristallisator 9 überdies mit einem Latentwärmespeicher ausgestattet, der von einem mit Natri umnitrat-Kaliumnitrat-Eutektikum befüllten Heizmantel ge bildet ist (vgl. Fig. 3), welches eine Kristallisationstem peratur von 227°C aufweist. Der Latentwärmespeicher des Kristallisators 9 nimmt somit einerseits bei längerem Vollastbetrieb der Vorrichtung einen Teil der im Wasser stoffreaktor 1 freigesetzten Reaktionswärme auf, wenn sich die Temperatur der wäßrigen alkalischen Lösung auf über 227°C erwärmt; andererseits speichert er die z. B. über den Katalytbrenner aktiv zugeführte Wärme über eine längere Zeitdauer, um einen längeren Betrieb der Vorrichtung unter Teillast zu ermöglichen. Der Latentwärmespeicher des Kri stallisators 9 übernimmt ferner die Funktion eines Kühlers, wenn die Temperatur im Kristallisator 9 auf über etwa 250°C ansteigt. Ferner ermöglicht er nach Abschaltung des Systems eine Nachkristallisation der gelösten Siliciumionen und stellt somit für ein späteres Anfahren eine hinreichend große Menge regenerierter Lauge zur Verfügung.

Die Betriebsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 2 entspricht im wesentlichen der Betriebsweise der in Fig. 1 dargestell ten Vorrichtung, so daß nachfolgend lediglich auf die Hauptunterschiede eingegangen wird.

Die Förderung der wäßrigen alkalischen Lösung zwischen Re aktor 1 und Kristallisator 9 geschieht über die zentrale Umwälzpumpe 25 für die Lauge. Für jede Strömungseinrichtung sind getrennte Leitungen 3, 21; 4 vorgesehen. Die Strö mungsrichtung ist durch die Rückschlagventile 22, 23, 24 festgelegt. Die Regelung der Laugenzufuhr in den Wasser stoffreaktor 1 erfolgt z. B. nach dem Prinzip des Kipp'schen Apparates. Sobald bei geringem Wasserstoffbedarf der Druck im Reaktor 1 über den von der Umwälzpumpe 25 bereitgestell ten Überdruck von z. B. 5 bar steigt, wird die Lauge aus dem Reaktor 1 durch den Kristallisator 9 in den Ausgleichsbe hälter 20 verdrängt. Die von der Umwälzpumpe 25 geförderte Lauge strömt durch das Ventil 24 der Bypaßleitung 21 in den Kristallisator 9 zurück. Der Ausgleichsbehälter 20 ist in diesem Fall geodätisch oberhalb des Wasserstoffreaktors 1 angeordnet und steht mit der Wasserstoffleitung 18 zwischen dem steuerbaren Absperrventil 10 und dem Überströmventil 6 in Verbindung. Der Betriebsdruck im Kristallisator von z. B. etwa 40 bar wird durch das Überströmventil 6 gehalten, wo durch eine maximale Betriebstemperatur von 250°C möglich ist, ohne die Lauge zu verdampfen. Vorzugsweise beträgt die Betriebstemperatur des Kristallisators 9 etwa 220°C.

Fig. 3 zeigt den Kristallisator 9 mit dem diesem nachge schalteten Hydrozyklon 26. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist der Hydrozyklon 26 unmittelbar unterhalb des Kristallisa tors 9 angeordnet und steht mit diesem steigstromseitig über ein zentrales Steigrohr 28 in Verbindung, welches zum Rückführen der steigstromseitig abgeschiedenen wäßrigen al kalischen Lösung dient. In dem Steigrohr 28 ist die Umwälz pumpe 27 angeordnet, welche für eine stetige Zirkulation 29 der Lösung im Kristallisator 9 dient. Die Ableitung 3 aus dem Wasserstoffreaktor 1 (Fig. 2) ist im unteren Bereich des Kristallisators 9 nahe dem Hydrozyklon 26 angeordnet, während die Rücklaufleitung 8 in einem oberen Bereich des Kristallisators 9, etwa auf Höhe des oberen Endes des Steigrohrs 28 angeordnet ist. Im Bereich des sinkstromsei tigen Ablaufs des Hydrozyklons 26 ist das Zulaufventil 16 zum Nachdosieren von Wasser vorgesehen (vgl. auch Fig. 2). Der Kristallisator 9 ist ferner mit einem Antrieb 30 für die Umwälzpumpe 27 und einem Latentwärmespeicher in Form eines Heizmantels 31 ausgestattet, dessen Funktion oben un ter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläutert ist.

Während des Hydrozyklonierens wirken Gravitation und Zen trifugalkräfte zusammen. Die Suspension aus abgeschiedenen SiO₂-Partikeln und wäßriger alkalischer Lösung wird mit ho her Geschwindigkeit von dem Kristallisator 9 tangential in den oberen zylindrischen Teil des Hydrozyklons 26 einge strömt, wobei der Einlaufüberdruck in den Hydrozyklon 26 z. B. zwischen 2 und 6 bar eingestellt wird. Es bildet sich eine spiralförmige Strömung 32 aus. Die schweren Partikel werden im Fliehkraftfeld gegen die Wandung des Hydrozyklons 26 zentrifugiert und sinken aufgrund Schwerkraft in den un teren, kegelförmigen Bereich des Hydrozyklons 26 in Rich tung seines sinkstromseitigen Ablaufs ab. Die nur noch mit kleinen Teilchen durchsetzte Suspension im Bereich der Längsmittelachse des Hydrozyklons 26 wird über das Steig rohr 28 und die Pumpe 27 in den Kristallisator 9 rezirku liert, wobei die zurückbleibenden kleinen SiO₂-Partikel als Kristallisationskeime wirken.

In Fig. 4 und 5 sind bevorzugte Ausführungsformen der den Kristallisator 9 mit dem Siliciumdioxid-Speicher 13 verbin denden, verschließbaren Füllöffnung 12 (Fig. 1, 2) darge stellt, welche z. B. dem Hydrozyklon 26 gemäß Fig. 3 nachge schaltet sein können. Die verschließbare Füllöffnung 2 ge mäß Fig. 4 ist von einer Drehkugelschleuse 33 gebildet, in deren Gehäuse 35 eine Kugel 34 drehbar, gasdicht geführt ist. Die Kugel 34 weist einen durchgehenden radialen Kanal 36 auf, welcher mit einem Zu- 37 und einem koaxial hierzu angeordneten Abführkanal 38 im Gehäuse 35 der Drehkugel schleuse 33 korrespondiert. Während der Zuführkanal 37 an den Kristallisator 9 bzw. an den sinkstromseitigen Ablauf des diesem nachgeschalteten Hydrozyklons 26 (Fig. 3) ange schlossen ist, ist der Abführkanal 38 mit dem Siliciumdio xid-Speicher 13 (Fig. 1, 2) verbunden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel übertrifft der Durchmesser des radialen Kanals 36 der Kugel 34 den Durchmesser des Zu- 37 und Ab führkanals 38 des Gehäuses 35 geringfügig. In dem radialen Kanal 36 ist ein Kolben 39 zwischen einer oberen und einer unteren (in Fig. 4 strichpunktförmig dargestellten) Positi on verschiebbar, gasdicht geführt. Die Stirnseiten des Kol bens 39 sind als Kugelabschnitte mit einer dem Radius der Kugel 34 entsprechenden Krümmungsradius ausgebildet.

Während des Betriebs wird die Kugel 34 der Drehkugelschleu se 33 kontinuierlich in Richtung des Pfeils 40 rotiert. So bald der durchgehende, radiale Kanal 36 der Kugel 34 mit dem Zuführkanal 37 in Verbindung tritt, werden die aus dem Kristallisator bzw. dem Hydrozyklon 26 (Fig. 3) abgeschie denen SiO₂-Partikel über den Zuführkanal in den radialen Kanal 36 der Kugel 34 gedrückt, wobei der Kolben 39 von seiner in Fig. 4 oberen Position in seine strichpunktiert dargestellte, untere Position verschoben wird. Dies kann z. B. ausschließlich infolge eines im Zuführkanal 37 herr schenden Überdrucks gegenüber dem Abführkanal 38 geschehen. Der Kolben 39 befindet sich nun in seiner in Fig. 4 unteren. (strichpunktiert dargestellten) Position; der radiale Kanal 36 ist mit SiO₂-Partikeln befüllt. Nach einer Umdrehung der Kugel 34 in Richtung des Pfeils 40 um 180° befindet sich die Kugel 34 erneut in ihrer in Fig. 4 dargestellten Posi tion, wobei der Kolben 39 nun in der oberen Position ange ordnet ist. Infolge des Überdrucks im Zuführkanal 37 wird der Kolben 39 wiederum von seiner in Fig. 4 oberen Position in die (strichpunktiert dargestellte) untere Position ver schoben, wodurch die SiO₂-Partikel in den Abführkanal 38 abgeführt werden und der radiale Kanal 36 der Kugel 34 er neut mit SiO₂-Partikeln aus dem Kristallisator befüllt wird. Aufgrund der als Kugelabschnitte ausgebildeten Stirn seiten des Kolbens 39 entstehen keinerlei Toträume, so daß jeglicher Eintrag von Luft in den Kristallisator zuverläs sig vermieden wird.

Die in Fig. 5 gezeigte Drehkugelschleuse 33 unterscheidet sich von der Drehkugelschleuse gemäß Fig. 4 dadurch, daß der durchgehende radiale Kanal 36 der Kugel 34 eine zentra le Kammer 41 durchsetzt, welche von einer bezüglich dem Ka nal 36 senkrecht angeordneten, druckdichten, elastischen Membran 44 in zwei Halbräume 42, 43 unterteilt ist. Die zentrale Kammer ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel im wesentlichen kugelförmig ausgebildet. Der durchgehende radiale Kanal 36 der Kugel 34 fluchtet in der gezeigten Po sition mit dem Zu- 37 und dem Abführkanal 38 im Gehäuse 35 der Drehkugelschleuse 33, wobei Zu- 37 und Abführkanal wie derum koaxial an entgegengesetzten Seiten des Gehäuses 35 angeordnet sind.

Die Wirkungsweise der Drehkugelschleuse 33 gemäß Fig. 5 entspricht im wesentlichen der Wirkungsweise der in Fig. 4 gezeigten Drehkugelschleuse, wobei die elastische Membran 44 beim Rotieren der Kugel 34 in Richtung des Pfeils 40 in folge des im Zuführkanal 37 herrschenden Überdrucks gegen über dem Abführkanal 38 zwischen einer oberen und einer (strichpunktiert dargestellten) unteren Position hin- und herbewegt wird und dabei die im Kristallisator 9 anfallen den SiO₂-Partikel vom Zuführkanal 37 über den Abführkanal 38 in den Siliciumdioxid-Speicher 13 fördert (Fig. 1, 2).

Fig. 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der den Sili cium-Speicher 7 mit dem Wasserstoffreaktor 1 verbindenden, verschließbaren Füllöffnung 2 in Form einer Dreiwege-Dreh kugelschleuse 45. In einem Gehäuse 46 der Schleuse 45 ist eine Kugel 47 in Richtung des Pfeils 49 drehbar, gasdicht geführt. Die Kugel 47 weist ein radiales Sackloch 48 auf, welches je nach Position der Kugel 47 während des Rotierens derselben mit einem an den Silicium-Speicher 7 angeschlos senen Zuführkanal 50, einem an den Wasserstoffreaktor 1 an geschlossenen Abführkanal 51 und einem Wasserstoff-Abführ kanal 52 korrespondiert. Während der Abführkanal 51 an der Unterseite des Gehäuses 46 angeordnet ist, sind der Zuführ kanal 50 für das Silicium bzw. die Siliciumlegierung und der Wasserstoff-Abführkanal 52 an der Oberseite des Gehäu ses 46 angeordnet. Der Wasserstoff-Abführkanal 52 mündet in einen mittels eines Gasventils(nicht gezeigt) verschließba ren Auslaß 53. Unterhalb des Auslasses 53 mündet ein Einlaß 54 zum Zusetzen von Wasser. Der Zuführkanal 50 weist einen Abzweig 55 zum Abführen von Wasser auf. Der Abzweig 55 des Zuführkanals 50 und der Einlaß 54 des Wasserstoff-Abführ kanals 52 können z. B. unter Zwischenschaltung einer Pumpe (nicht gezeigt) miteinander verbunden sein.

Nachfolgend ist die Funktionsweise der Dreiwege-Drehkugel schleuse 45 näher erläutert. In der in Fig. 6 strichpunk tiert dargestellten Position, in der das Sackloch 48 der Kugel 47 mit dem am unteren Bereich des Gehäuses 46 ange ordneten Abführkanal 51 in den Wasserstoffreaktor 1 fluch tet, wird das im Sackloch 51 geförderte Silicium aufgrund Schwerkraft in den Wasserstoffreaktor 1 ausgetragen. Das Sackloch 48 füllt sich dabei mit im Wasserstoffreaktor 1 erzeugten Wasserstoff. Nach Drehung der Kugel 47 in Rich tung des Pfeils 49 erreicht das Sackloch eine Position, in der es mit dem Wasserstoff-Abführkanal 52 korrespondiert. Um einen Eintrag von Wasserstoff in den Silicium-Speicher 7 zuverlässig zu verhindern, wird der Wasserstoff-Zuführkanal 52 über den Einlaß 54 mit Wasser geflutet, wobei zumindest das Sackloch 48 vollständig mit Wasser befüllt und der da bei verdrängte Wasserstoff über den Auslaß 53 abgeführt wird. Nach weiterer Drehung der Kugel 47 in Richtung des Pfeils 49 gelangt das Sackloch 48 mit dem Zuführkanal 50 für das Silicium in Verbindung, wobei das Silicium entweder durch Schwerkraft oder mittels Schneckenförderer oder der gleichen aus dem Silicium-Speicher 7 in das Sackloch 48 überführt wird. Das verdrängte Wasser wird über den Abzweig 55 abgeführt und gegebenenfalls in den Einlaß 54 des Was serstoff-Zuführkanals 52 rezirkuliert.

Bezugszeichenliste

1

Wasserstoffreaktor

2

Füllöffnung

3

Ableitung

4

Zulauf

5

Gasventil

6

Überströmventil

7

Silicium-Speicher

8

Rücklaufleitung

9

Kristallisator

10

Absperrventil

11

Absperrventil

12

Füllöffnung

13

Siliciumdioxid-Speicher

14

bewegliche Wand

15

Speicherbehälter

16

Zulaufventil

17

Volumenausgleichselement

18

Abzweig

19

Rührwerk

20

Ausgleichsbehälter

21

Bypaßleitung

22

Rückschlagventil

23

Rückschlagventil

24

Rückschlagventil

25

Umwälzpumpe

26

Hydrozyklon

27

Umwälzpumpe

28

Steigrohr

29

Zirkulation

30

Antrieb

31

Heizmantel

32

Strömung

33

Drehkugelschleuse

34

Kugel

35

Gehäuse

36

radialer Kanal

37

Zuführkanal

38

Abführkanal

39

Kolben

40

Richtungspfeil

41

zentrale Kammer

42

Halbraum

43

Halbraum

44

Membran

45

Dreiwege-Drehkugelschleuse

46

Gehäuse

47

Kugel

48

Sackloch

49

Richtungspfeil

50

Zuführkanal .

51

Abführkanal

52

Wasserstoff-Abführkanal

53

Auslaß

54

Einlaß

55

Abzweig

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff, indem eine wäßrige alkalische Lösung mit Silicium und/oder wenig stens einer Siliciumlegierung unter Abspaltung von Was serstoff umgesetzt und das Silicium in Form von Sili ciumionen gelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß die gelösten Siliciumionen bei einer Temperatur von wenig stens 150°C als kristallines, wasserfreies Siliciumdi oxid aus der wäßrigen alkalischen Lösung ausgeschieden werden, wobei die Temperatur bei der Umsetzung der wäß rigen alkalischen Lösung mit dem Silicium und/oder der Siliciumlegierung zu Wasserstoff unterhalb der Tempera tur eingestellt wird, bei der das kristalline wasser freie Siliciumdioxid aus der wäßrigen alkalischen Lö sung ausgeschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gelösten Siliciumionen bei einer Temperatur von we nigstens 200°C ausgeschieden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Temperatur bei der Umsetzung der wäßrigen alkalischen Lösung mit dem Silicium und/oder der Sili ciumlegierung zu Wasserstoff zwischen 70°C und 150°C eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß das Silicium und/oder die Siliciumle gierung bei erhöhtem Druck in der wäßrigen alkalischen Lösung gelöst wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Silicium und/oder die Siliciumlegierung bei einem Druck, der wenigstens dem Sättigungsdampfdruck der wäß rigen alkalischen Lösung entspricht, gelöst wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, daß das Silicium und/oder die Siliciumlegierung bei einem Druck oberhalb des Sättigungsdampfdrucks der wäßrigen alkalischen Lösung gelöst wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die wäßrige alkalische Lösung rezir kuliert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß der Wasseranteil der wäßrigen alkali schen Lösung im wesentlichen konstant gehalten wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des bei der Umsetzung verbrauchten Wassers der wäßrigen alkalischen Lösung ersetzt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die wäßrige alkalische Lösung mit Si liciumionen übersättigt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausscheiden des Siliciumdioxids Impfkeime zugesetzt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Impfkeime aus Siliciumdioxid zugesetzt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des ausgeschie denen Siliciumdioxids abgetrennt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumdioxid sedimentiert wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Silicium und/oder die Silicium legierung in partikulärer Form eingesetzt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Wasserstoffmenge ge steuert wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Wasserstoffmenge durch die für die Umset zung verfügbare Menge der wäßrigen alkalischen Lösung gesteuert wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die verfügbare Menge der Lösung über den Druck des er zeugten Wasserstoffs gesteuert wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß es kontinuierlich oder semikontinu ierlich durchgeführt wird.

20. Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff durch Um setzen einer wäßrigen alkalischen Lösung mit Silicium und/oder wenigstens einer Siliciumlegierung, insbeson dere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An sprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch einen Wasser stoffreaktor (1) zur Aufnahme einer Schüttung des Sili ciums und/oder der Siliciumlegierung in partikulärer Form mit einer verschließbaren Füllöffnung (2) für das Silicium und/oder die Siliciumlegierung, einem Zulauf (4) für die wäßrige alkalische Lösung und einer Ablei tung (3) mit einem Absperr- und/oder Steuerventil (10) zum Ausschleusen der wäßrigen alkalischen Lösung und des Wasserstoffs, welche mit einem Abzweig (18) mit we nigstens einem Gasventil (5, 6) zum Ausschleusen des Wasserstoffs ausgestattet ist, und durch einen dem Was serstoffreaktor (1) über die Ableitung (3) nachgeschal teten Kristallisator (9) zum Ausscheiden von kristalli nem Siliciumdioxid.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Kristallisator (9) beheizt ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekenn zeichnet, daß zumindest der Wasserstoffreaktor (1) drucksteuerbar ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffreaktor (1) mit dem Kristallisator (9) über eine Rücklaufleitung (8) zum Rezirkulieren der wäßrigen alkalischen Lösung verbunden ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufleitung (8) mit einem Absperr- und/oder Steuerventil (11) ausgestattet ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung (3) und/oder die Rücklaufleitung (8) mit einem Rückschlagventil (22, 23) ausgestattet ist/sind.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (4) des Wasserstoffreak tors (1) für die wäßrige alkalische Lösung (1) von der zwischen dem Wasserstoffreaktor (1) und dem Kristalli sator (9) angeordneten Rücklaufleitung (8) gebildet und ein mit dem Wasserstoffreaktor (1) und/oder dem Kri stallisator (9) in Verbindung stehendes Laugenventil für die Zugabe frischer wäßriger alkalischer Lösung vorgesehen ist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (4) und/oder die Rück laufleitung (8) mit einer Umwälzpumpe (25) ausgestattet ist/sind.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Wasserstoffreaktor (1) und/oder dem Kristallisator (9) in Verbindung stehendes Zulaufventil (16) zum Nachspeisen von bei der Umsetzung verbrauchtem Wasser vorgesehen ist.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Umsetzung entstehende Wasserstoffdruck im Wasserstoffreaktor (1) mittels des Gasventils (5) steuerbar ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Umsetzung verfügbare Menge der Lösung in dem Wasserstoffreaktor (1) mittels des Gasventils (5) durch den Wasserstoffdruck nach Art einer Niveausteue rung steuerbar ist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekenn zeichnet, daß das steuerbare Gasventil (5) für den Was serstoffdruck mit einem Volumenausgleichselement (17) zum Kompensieren des verdrängten Volumens der Lösung zusammenwirkt.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenausgleichselement (17) an der Rücklauf leitung (8) angeordnet ist.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gasventil (5) ein Überstromven til (6) nachgeschaltet ist.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gasventil (5) bzw. dem Über strömventil (6) ein Gasreiniger für den gebildeten Was serstoff nachgeschaltet ist.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffreaktor (1) über die verschließbare Füllöffnung (2) mit einem Silicium-Spei cher (13) in Verbindung steht.

36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristallisator (9) über eine verschließbare Füllöffnung (12) mit einem Siliciumdi oxid-Speicher (13) für das anfallende Siliciumdioxid in Verbindung steht.

37. Vorrichtung nach Anspruch 35 und 36, dadurch gekenn zeichnet, daß der Siliciumdioxid-Speicher (13) und der Silicium-Speicher (7) von einem gemeinsamen Speicherbe hälter (15) mit jeweils einer Kammer für das Silicium dioxid und das Silicium und/oder die Siliciumlegierung gebildet sind.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern des Speicherbehälter (15) durch eine entlang seinem Querschnitt verschiebbare Wand (14) ge trennt sind.

39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kristallisator (9) mit dem Siliciumdioxid-Speicher (13) verbindende, verschließba re Füllöffnung (12) von einem Überdruckventil gebildet ist.

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß dem Überdruckventil eine Pumpe zur Förderung des Siliciumdioxids nachgeordnet ist.

41. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe zur Förderung des Siliciumdioxids eine Schneckenpumpe ist.

42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kristallisator (9) mit dem Siliciumdioxid-Speicher (13) verbindende, verschließba re Füllöffnung (12) von einer Drehkugelschleuse (33) gebildet ist.

43. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkugelschleuse (33) eine Kugel (34) mit ei nem durchgehenden, radialen Kanal (36) aufweist, in welchem ein Kolben (39) verschiebbar gasdicht geführt ist.

44. Vorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten des Kolbens (39) als Kugelabschnit te mit einem dem Radius der Kugel (34) entsprechenden Krümmungsradius ausgebildet sind.

45. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkugelschleuse (33) eine Kugel (34) mit ei nem durchgehenden, radialen Kanal (36) aufweist, wel cher eine zentrale Kammer (41) durchsetzt, wobei die Kammer (41) von einer bezüglich dem Kanal (36) im we sentlichen senkrecht angeordneten, druckdichten Membran (44) in zwei Halbräume unterteilt ist.

46. Vorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (44) elastisch ist.

47. Vorrichtung nach Anspruch 45 oder 46, dadurch gekenn zeichnet, daß die zentrale Kammer (41) im wesentlichen kugelförmig ist.

48. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die den Wasserstoffreaktor (1) mit dem Silicium-Speicher (7) verbindende, verschließbare Füllöffnung (2) von einer Dreiwege-Drehkugelschleuse (45) gebildet ist.

49. Vorrichtung nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreiwege-Drehkugelschleuse (45) eine Kugel (47) mit einem radialen Sackloch (48) aufweist.

50. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 49, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffreaktor (1) als Rührkesselreaktor ausgebildet ist.

51. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kristallisator (9) ein Klassie rer nachgeschaltet ist.

52. Vorrichtung nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß der Klassierer von einem Hydrozyklon (26) gebildet ist.

53. Vorrichtung nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydrozyklon (26) steigstromseitig über ein im wesentlichen zentrales Steigrohr (28) zum Rückführen der Lösung mit dem Kristallisator (9) in Verbindung steht.

54. Vorrichtung nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Steigrohr (28) eine Umwälzpumpe (27) ange ordnet ist.

55. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 54, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beheizung zumindest des Kri stallisators (9) ein Katalytbrenner vorgesehen ist.

56. Vorrichtung nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalytbrenner mit einem Teil des erzeugten Wasserstoffs gespeist ist.

57. Vorrichtung nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalytbrenner mit dem Wasserstoffanteil im Ab gas einer Brennstoffzelle gespeist ist.

58. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 54, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beheizung des Wasserstoffreak tors (1) die Abwärme eines Wasserstoffantriebs vorgese hen ist.

59. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 58, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristallisator (9) und/oder der Wasserstoffreaktor (1) einen Latentwärmespeicher auf weist.

60. Vorrichtung nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, daß der Latentwärmespeicher als Heizmantel (31) ausge bildet ist, welcher mit wenigstens einem im Bereich der Betriebstemperatur kristallisierenden Salz befüllt ist.

61. Vorrichtung nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, daß der Latentwärmespeicher des Kristallisators (9) mit Natriumnitrat-Kaliumnitrat-Eutektikum befüllt ist.

62. Vorrichtung nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, daß der Latentwärmespeicher des Wasserstoffreaktors (1) mit Natriumacetat befüllt ist.

63. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 62, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ableitung (3) ein Aus gleichsbehälter (20) für die wäßrige alkalische Lösung vorgesehen ist.

64. Vorrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffreaktor (1) über eine den Aus gleichsbehälter (20) überbrückende Bypaßleitung (21) unmittelbar mit dem Kristallisator (9) verbunden ist.

65. Vorrichtung nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypaßleitung (21) mit einem Rückschlagventil (24) ausgestattet ist.

66. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 65 zur Wasserstoffsynthese für Brennstoffzellen.

67. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 65 zur Wasserstoffsynthese für Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieben, wie Brennstoffzellen, Wasser stoffmotoren oder dergleichen.