DE102012005023A1 - System for autonomous provision of electricity over hydrogen during disaster, transfers hydrogen from second chemical reactor to plant or machine for conversion of hydrogen into electrical energy that is delivered to point of use - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Energiespeicherung in Gebäuden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Energieversorgung nach Anspruch 7. Geräte zur autonomen Bereitstellung von Energie werden häufig Stromerzeugungsaggregat oder Notstromaggregat genannt. Es handelt sich um Einrichtungen, die aus vorhandenen Ressourcen elektrischen Strom erzeugen, um insbesondere von Stromnetzen unabhängig zu sein. Solche mobilen oder stationären Geräte können überall dort Anwendung finden, wo ein öffentliches Stromnetz fehlt („Stromgenerator”) oder der Ausfall des Stromnetzes gravierende Folgen nach sich ziehen würde – wie z. B. in Krankenhäusern, chemischen Anlagen, Computerzentralen und nicht zuletzt in Kernkraftwerken. Ein Antriebsaggregat, meistens eine Verbrennungskraftmaschine (z. B. Diesel- oder Benzinmotor) und ein Generator zur Stromerzeugung bilden hierbei eine Einheit. Die heute bekannte Notstromaggregate brauchen eine kontinuierliche Versorgung an Diesel oder Benzin. Diese sind gerade in Notfällen oder in Orten mit geringer Infrastruktur schwer zu erhalten, und wenn, dann zu hohen Preisen. Verbrennungsmaschinen, die alternativ Wasserstoff als Energiequelle nutzen, sind bekannt. So haben die bayerischen Motorenwerke über Jahre eine Flotte von Personenkraftwagen mit Wasserstoff betrieben und Busse sind noch heute im Einsatz. Somit kann die Verwendung von Wasserstoff in Verbrennungsmaschinen als Standard bezeichnet werden. Die Verwendung von Brennstoffzellen zur Gewinnung von elektrischem Strom aus Wasserstoff durch Oxidation von Sauerstoff ist ebenfalls weitgehend bekannt und findet in den verschiedensten Bereichen Anwendung.The present invention relates to an arrangement for energy storage in buildings according to the preamble of
Ein wesentlicher und kritischer Aspekt bei der Verwendung von Wasserstoff zur autonomen Bereitstellung von Energie ist die Herstellung sowie die Lagerung bzw. Speicherung von Wasserstoff, der zudem in Gegenwart von Sauerstoff extrem explosiv ist. Die Herstellung von Wasserstoff wird heute in chemischen Anlagen weitgehend über Methan realisiert. Diese Variante der Herstellung verbietet sich in Notfällen oder ist in Orten mit geringer Infrastruktur. Bisher sind eine Reihe von Wasserstoffspeicherverfahren untersucht worden: adsorptiv, absorptiv, als Flüssigkeit, als hochverdichtetes Gas. Der Nachteil aller Verfahren ist deren niedrige Energiedichte pro Volumen und die zum Teil hohen Kosten des Trägers. Die bisher gängigen Verfahren der Lagerung von Wasserstoff als Flüssigkeit und unter Druck repräsentieren technische Lösungen, die so bisher- insbesondere aufgrund des hohen technischen Aufwandes und den damit verbundenen relativ hohen Kosten- nicht im öffentlich zugänglichen Bereich und schon gar nicht bei Notfällen oder in Orten mit geringer Infrastruktur realisieren lassen. Es ist daher wünschenswert, eine Technologie für die Energieversorgung in Notfällen oder in Orten mit geringer Infrastruktur bereitzustellen, wobei die Energiequelle vor Ort direkt aus regenerativen Energien hergestellt werden kann.An essential and critical aspect of the use of hydrogen for the autonomous supply of energy is the production, storage or storage of hydrogen, which is also extremely explosive in the presence of oxygen. The production of hydrogen today is largely realized in chemical plants using methane. This variant of the production prohibits itself in emergencies or is in places with low infrastructure. So far, a number of hydrogen storage processes have been studied: adsorptive, absorptive, liquid, high-density gas. The disadvantage of all methods is their low energy density per volume and the sometimes high cost of the carrier. The previously common methods of storage of hydrogen as a liquid and under pressure represent technical solutions that so far - especially due to the high technical complexity and the associated relatively high costs - not in the public area, and certainly not in emergencies or in places with low infrastructure. It is therefore desirable to provide power supply technology in emergency or low infrastructure locations where the on-site power source can be produced directly from renewable energy sources.
Alternative Speicherungsformen für Wasserstoff, die sich in Notfällen oder in Orten mit geringer Infrastruktur angewendet werden können, sind bekannt. So werden in der
Die im Patent
Die Erzeugung von Wasserstoff durch elektrischen Strom ist eine zurzeit häufig diskutierte Option. Dabei wird Gleichstrom in eine Elektrolysezelle geleitet, in der leitfähiges Wasser enthalten ist. An einer Elektrode steigt Sauerstoff, an der anderen Wasserstoff auf. Das hier beschriebene Verfahren kann den Sauerstoff in Brennstoffzellen zusammen mit dem Wasserstoff nutzen, in einer anderen Variante nur den Wasserstoff. Einige Vorschläge bzw. Modelle für die Kopplung der Elektrizität mit der Erzeugung von Wasserstoff sind bekannt. Sehr häufig wird die Elektrolyse vorteilhaft in basischem Millieu betrieben. Dagegen wird in der
Regenerativ hergestellte Elektrizität stammt aus Quellen, die sich entweder kurzfristig von selbst erneuern oder deren Nutzung nicht zur Erschöpfung der Quelle beiträgt. Es sind nachhaltig zur Verfügung stehende Energieressourcen, zu denen insbesondere Wasserkraft, Windenergie, solare Strahlung (Sonnenenergie), Erdwärme (Geothermie) und die durch Gezeiten erzeugte Energie zählen. Eine weitere Quelle erneuerbarer Energien ist das energetische Potenzial (Biogas, Bioethanol, Holz u. a.) der aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnenen Biomasse. Die zur Gewinnung notwendigen Maschinen und Apparate sind ebenfalls bekannt: Wasserturbinen, Windanlagen, Photovoltaik, Solarthermie, Verbrennungsmaschinen und Turbinen, deren Brennstoff aus Biomasse stammt. Die in dieser Anmeldung nutzbaren Quellen sollen solche sein, die in Notfällen oder in Orten mit geringer Infrastruktur verfügbar sind. Welche Quelle das im speziellen ist, hängt vom Notfall bzw. vom Ort ab. Beispielsweise lässt sich an Orten nahe des Äquators die Sonnenenergie mit Photovoltaik oder Solarthermie vorteilhaft nutzen, an Standorten auf Bergen oder an der Küste sind Windräder vorzuziehen. In Notfällen oder nach Katastrophen sind ebenfalls Photovoltaik und Windräder vorzuziehen.Regenerative electricity comes from sources that either self-renew in the short term or whose use does not contribute to depletion of the source. These are sustainably available energy resources, which include hydropower, wind energy, solar radiation (solar energy), geothermal energy and tidal energy. Another source of renewable energies is the energetic potential (biogas, bioethanol, wood, etc.) of the biomass obtained from renewable raw materials. The necessary machinery and equipment are also known: water turbines, wind turbines, photovoltaic, solar thermal, combustion engines and turbines whose fuel comes from biomass. The sources that can be used in this application are those that are available in emergencies or in locations with low infrastructure. Which source this is depends on the emergency or location. For example, at locations near the equator, solar energy can be used to advantage with photovoltaic or solar thermal energy, and wind turbines are preferable at locations on mountains or on the coast. In emergencies or after disasters, photovoltaics and wind turbines are also preferable.
Die Aufgabe, die Bereitstellung elektrischer Energie bei Notfällen oder in Orten mit geringer Infrastruktur, ohne dass der Brennstoff an den Ort der Bereitstellung transportiert werden muss, wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.The object, the provision of electrical energy in emergencies or in locations with low infrastructure, without the fuel has to be transported to the place of provision, is achieved by an arrangement having the features of
Demnach umfasst die Anordnung zur Bereitstellung elektrischer Energie bei Notfällen oder in Orten mit geringer Infrastruktur,
- – mindestens eine Quelle für regenerativ hergestellte Elektrizität, die mit entsprechenden Maschinen oder Anordnungen, darunter Wasserturbinen, Windanlagen, Photovoltaik, Solarthermie, Verbrennungsmaschinen und Turbinen, in Elektrizität gewandelt werden können. Bevorzugt sind wegen ihrer einfachen Handhabbarkeit Windanlagen und Photovoltaik.
- – mindestens einen Elektrolyseur zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasser unter Verwendung der regenerativ hergestellten Elektrizität
- – mindestens einen ersten chemischen Reaktor zur mindestens teilweisen Hydrierung von mindestens einem Substrat mit einem ausgedehnten π-konjugierten System unter Verwendung des in dem Elektrolyseur gebildeten Wasserstoffs,
- – mindestens einen Speichertank zur Speicherung des im ersten chemischen Reaktor zumindest teilweise hydrierten energiearmen Substrates,
- – mindestens einen zweiten chemischen Reaktor zur mindestens teilweisen Dehydrierung des in dem ersten chemischen Reaktor hergestellten und im Speichertank gespeicherten zumindest teilweise hydrierten Substrates unter Freisetzung von Wasserstoff, und
- – mindestens eine Anordnung zur Wandlung von Wasserstoff in elektrische Energie, sei es eine Brennstoffzelle zur Oxidation des in dem zweiten chemischen Reaktor freigesetzten Wasserstoffs oder ein Verbrennungsmotor mit angeschlossenem Generator oder eine Wasserstoffturbine mit angeschlossenem Generator für elektrische Energie.
- - at least one source of regenerative electricity that can be converted into electricity by appropriate machinery or arrangements, including water turbines, wind turbines, photovoltaic, solar thermal, combustion engines and turbines. Wind turbines and photovoltaics are preferred because of their ease of handling.
- At least one electrolyzer for the production of hydrogen from water using regenerative electricity
- At least one first chemical reactor for the at least partial hydrogenation of at least one substrate with an extended π-conjugated system using the hydrogen formed in the electrolyzer,
- At least one storage tank for storing the low-energy substrate which is at least partially hydrogenated in the first chemical reactor,
- At least one second chemical reactor for the at least partial dehydrogenation of the at least partially hydrogenated substrate produced in the first chemical reactor and stored in the storage tank with liberation of hydrogen, and
- - At least one arrangement for the conversion of hydrogen into electrical energy, be it a fuel cell for the oxidation of the released in the second chemical reactor hydrogen or an internal combustion engine with a connected generator or a hydrogen turbine with a connected generator for electrical energy.
Es werden somit folgende Funktionselemente für die die Bereitstellung elektrischer Energie bei Notfällen oder in Orten mit geringer Infrastruktur miteinander gekoppelt bzw. kombiniert:
- – Pufferung regenerativ erzeugter Energie vor Ort, um einen 24-Stunden Betrieb zur gewährleisten
- – Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse,
- – effizienter, sicherer und kostengünstiger vor-Ort Wasserstoffspeicher für die verlustfreie mittelfristige Speicherung ohne Antransport des Energieträgers
- – Brennstoffzelle, Verbrennungsmotor mit Generator oder Gasturbine mit Generator zur Rückverstromung des Wasserstoffes
- - Buffering renewable energy locally to ensure a 24-hour operation
- - Hydrogen production by electrolysis,
- - more efficient, safer and less expensive on-site hydrogen storage for lossless medium-term storage without the need to transport the energy source
- - Fuel cell, internal combustion engine with generator or gas turbine with generator for reconverting the hydrogen
Eine Erzeugung von Niederdruck-Wasserstoff in konventionellen Elektrolyseuren und sofortige Umwandlung des Wasserstoffs via Hydrierung von geeigneten Verbindungen ist eine hoch interessante und relevante Alternative, die die Schwierigkeiten der Wasserstoffspeicherung umgehen, aber nach wie vor die Kopplung an regenerative Energiequellen erlauben. Durch die Rückwandlung des Wasserstoffs in Elektrizität lässt sich eine geschlossene autarke Energieversorgung darstellen.Generation of low-pressure hydrogen in conventional electrolysers and immediate conversion of hydrogen via hydrogenation of suitable compounds is a highly interesting and relevant alternative that circumvents the difficulties of hydrogen storage but still allows coupling to renewable energy sources. By converting hydrogen back into electricity, a closed self-sufficient energy supply can be represented.
Die vorliegende Anordnung ermöglicht somit die 24-Stunden Versorgung von elektrischer Energie bei Notfällen oder in Orten mit geringer Infrastruktur.The present arrangement thus allows the 24-hour supply of electrical energy in emergencies or in places with low infrastructure.
Mittels der vorliegenden Anordnung wird ein energiearmes Substrat in seine energiereiche Form überführt, in dem z. B. aus Sonnenlicht mittels Photovoltaik, aber auch aus anderen geeigneten erneuerbaren Energiequellen, elektrische Energie erzeugt wird, die wiederum zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff unter Aufspaltung von Wasser verwendet wird. Der gebildete Wasserstoff wird dann zur Hydrierung der energiearmen Form des verwendeten Kohlenwasserstoffs zur energiereichen Form eingesetzt. Besonders geeignete energiearme Substrate sind die in der Anmeldung 10 2011 111565.3 und 10 2011 121704.9 genannten. Die Hydrierung ist exotherm und die während der Hydrierung entstandene Wärme kann in einem Heizsystem z. B. im Haus genutzt werden. In Zeiten fehlender Sonneneinstrahlung wird die energiereiche Form des Kohlenwasserstoffs in die energiearme Form unter Wasserstoffproduktion zurückverwandelt, der in einer Brennstoffzelle elektrische Energie und Wärme erzeugt.By means of the present arrangement, a low-energy substrate is converted into its high-energy form, in which z. B. from sunlight by photovoltaic, but also from other suitable renewable energy sources, electrical energy is generated, which in turn is used to generate hydrogen and oxygen with splitting of water. The hydrogen formed is then used to hydrogenate the low-energy form of the hydrocarbon used to the high-energy form. Particularly suitable low-energy substrates are those mentioned in the application 10 2011 111565.3 and 10 2011 121704.9. The hydrogenation is exothermic and the heat generated during the hydrogenation can be in a heating system z. B. be used in the house. In times of lack of solar radiation, the high-energy form of the hydrocarbon is converted back into the low-energy form with hydrogen production, which generates electrical energy and heat in a fuel cell.
Der Vorteil der vorliegenden Anordnung und des im Weiteren beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass die 24-Stunden Versorgung von elektrischer Energie bei Notfällen oder in Orten mit geringer Infrastruktur durch erneuerbare Energie wie z. B. Photovoltaik aber auch Windenergie ohne Antransport des Energieträgers möglich ist. Mit anderen Worten, die Elektrizitätsversorgung bei Notfällen oder in Orten mit geringer Infrastruktur ist unabhängig von weiteren Energiequellen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der für die Energieerzeugung wesentliche Faktor Wasserstoff im Gegensatz zu bisher bekannten Verfahren und Modellen nicht in großen Mengen vorhanden sein muss, sondern in einer chemischen Substanz sicher und drucklos in einer vorhandenen Infrastruktur wie z. B. in den Tanks einer Ölheizung zeitlich unlimitiert gespeichert werden kann. Die Nutzung vorhandener Infrastruktur reduziert die Kosten des Systems. Tanks, die bisher beispielhaft für Diesel oder Heizöl benutzt wurden, sind weltweit verfügbar.The advantage of the present arrangement and the method described below is that the 24-hour supply of electrical energy in emergencies or in places with low infrastructure through renewable energy such. B. photovoltaic but also wind energy without Antransport of the energy source is possible. In other words, the supply of electricity in emergencies or in places with low infrastructure is independent of other sources of energy. Another advantage is that the essential factor for energy production hydrogen in contrast to previously known methods and models need not be present in large quantities, but in a chemical substance safely and without pressure in an existing infrastructure such. B. in the tanks of an oil heater can be stored unlimited in time. Using existing infrastructure reduces the cost of the system. Tanks previously used as an example for diesel or fuel oil are available worldwide.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Elektrolyseur über den ersten chemischen Reaktor, den Speichertank, den zweiten chemischen Reaktor und einer Anordnung zur Wandlung von Wasserstoff in Elektrizität verbunden. Somit bilden die einzelnen Komponenten bzw. Bestandteile der vorliegenden Anordnung ein in sich verbundenes System zur Energieerzeugung und -speicherung. Die einzelnen Apparate und Reaktoren der vorliegenden Anordnung sind mit geeigneten Verbindungsleitungen zur Überführung von Wasserstoff sowie der energiearmen bzw. energiereichen Form des aromatischen Kohlenwasserstoffes verbunden. Die Leitungen für den Wasserstofftransport sind bevorzugt aus gasdichten und druckfesten Materialien hergestellt.In a preferred embodiment, the at least one electrolyzer is connected via the first chemical reactor, the storage tank, the second chemical reactor and an arrangement for the conversion of hydrogen into electricity. Thus, the individual components of the present arrangement form a self-contained system for power generation and storage. The individual apparatus and reactors of the present arrangement are connected to suitable connecting lines for the transfer of hydrogen and the low-energy or high-energy form of the aromatic hydrocarbon. The lines for the transport of hydrogen are preferably made of gas-tight and pressure-resistant materials.
Es ist von Vorteil, wenn das energiearme Substrat mit einem ausgedehnten π-konjugierten System in dem ersten chemischen Reaktor bei einer Temperatur zwischen 50 und 180°C, bevorzugt 80 und 150°C und einem Druck zwischen 2 und 200 bar, bevorzugt 10 bis 100 bar in Gegenwart eines geeigneten Edelmetallkatalysators zumindest teilweise hydriert wird. Besonders geeignete Katalysatoren für die Hydrierung des energiearmen Substrats enthalten das Element Ruthenium.It is advantageous if the low-energy substrate with an extended π-conjugated system in the first chemical reactor at a temperature between 50 and 180 ° C, preferably 80 and 150 ° C and a pressure between 2 and 200 bar, preferably 10 to 100 Bar in the presence of a suitable noble metal catalyst is at least partially hydrogenated. Particularly suitable catalysts for the hydrogenation of the low-energy substrate include the element ruthenium.
In einer weiteren Ausführungsform wird als Anordnung zur Wandlung von Wasserstoff in elektrische Energie eine Brennstoffzelle eine Niedertemperatur-Polymer-Elektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEM) verwendet. Diese Brennstoffzellen können nicht nur in ihrer eigentlichen Funktion zur Wasserstoffoxidation verwendet werden, wobei der für die Wasserstoffoxidation benötigte Sauerstoff aus der Luft bezogen wird, sondern können in umgekehrter Funktion ebenfalls als Elektrolyseur betrieben werden, wobei das für die Elektrolyse benötigte Wasser allein aus der Luftfeuchte bezogen wird. Hierbei ist es aber auch möglich, dass das benötigte Wasser aus der Brennstoffzelle recycelt wird oder einem Tank entnommen wird. Somit wird der mindestens eine Elektrolyseur bevorzugt als eine umgekehrt betriebene Niedertemperatur-Polymer-Elektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEM) betrieben.In another embodiment, a fuel cell is a low-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell (PEM) used as the arrangement for converting hydrogen into electrical energy. These fuel cells can be used not only in their actual function for hydrogen oxidation, wherein the oxygen required for the hydrogen oxidation is obtained from the air, but can also be operated in reverse function as an electrolyzer, wherein the water required for the electrolysis based solely on the humidity becomes. However, it is also possible that the required water from the fuel cell is recycled or taken from a tank. Thus, the at least an electrolyzer is preferably operated as an inversely operated low temperature polymer electrolyte membrane fuel cell (PEM).
Es ist ebenfalls von Vorteil, wenn in dem mindestens einen Elektrolyseur mindestens ein wasserspeicherndes Medium angeordnet ist.It is also advantageous if at least one water-storing medium is arranged in the at least one electrolyzer.
Der bevorzugt zum Einsatz kommende Speichertank für die Zwischenspeicherung der energiereichen und ggf. energiearmen Form des verwendeten Substrats weist die Konfiguration und Aufbau von üblicherweise zum Einsatz kommenden konventionellen Heizöltanks auf.The preferably used storage tank for the intermediate storage of the high-energy and possibly low-energy form of the substrate used has the configuration and construction of conventionally used conventional heating oil tanks.
Die vorliegende Anordnung ermöglicht die Durchführung eines Verfahrens zur Energieversorgung von Gebäuden unter Verwendung der obigen Anordnung mit den folgenden Schritten:
- – Bereitstellen eines elektrischen Stroms aus einer regenerativen Quelle
- – Herstellen von Wasserstoff aus Wasser in mindestens einem Elektrolyseur unter Verwendung des elektrischen Stroms aus der mindestens einen erneuerbaren Energiequelle und ggf. Nutzung der dabei entstehenden Wärme z. B. zur Bereitung von Warmwasser,
- – Überführen des gebildeten Wasserstoffes aus dem mindestens einen Elektrolyseur in einen ersten chemischen Reaktor enthaltend mindestens ein Substrat mit einem ausgedehnten π-konjugierten System und mindestens teilweise Hydrierung des Substrates, und ggf. Nutzung der anfallenden Wärme
- – Überführen des zumindest teilweise hydrierten Substrates aus dem ersten chemischen Reaktor in mindestens einen Speichertank und ggf. Speicherung des zumindest teilweise hydrierten Substrates in dem Speichertank,
- – Überführen des zumindest teilweise hydrierten Substrates aus dem Speichertank in mindestens einen zweiten chemischen Reaktor und Dehydrierung des zumindest teilweise hydrierten Substrates in dem zweiten chemischen Reaktor unter Freisetzung von Wasserstoff, und
- – Überführen des Wasserstoffs aus dem zweiten chemischen Reaktor in mindestens eine Anlage oder Maschine zur Wandlung des Wasserstoffs in elektrische Energie
- – Abgabe des elektrischen Stroms an den Ort des Bedarfs
- - Providing an electrical current from a regenerative source
- - Producing hydrogen from water in at least one electrolyzer using the electrical power from the at least one renewable energy source and possibly use of the resulting heat z. B. for the preparation of hot water,
- - Transferring the hydrogen formed from the at least one electrolyzer in a first chemical reactor containing at least one substrate with an extended π-conjugated system and at least partially hydrogenation of the substrate, and optionally use of the resulting heat
- Transferring the at least partially hydrogenated substrate from the first chemical reactor into at least one storage tank and optionally storing the at least partially hydrogenated substrate in the storage tank,
- Transferring the at least partially hydrogenated substrate from the storage tank into at least one second chemical reactor and dehydrogenating the at least partially hydrogenated substrate in the second chemical reactor to release hydrogen, and
- - Transferring the hydrogen from the second chemical reactor in at least one plant or machine for converting the hydrogen into electrical energy
- - Delivery of electrical power to the place of need
Der Ort des Bedarfs kann bei Notfällen ein Krankenhaus mit zerstörtem Anschluss ans öffentliche Stromnetz oder ein transportables Krankenhaus zum Einsatz in Katastrophengebieten sein. In einer Variante der Anordnung können photovoltaische Zellen auf oder neben das Krankenhaus gestellt werden. Scheint die Sonne, wird das Krankenhaus direkt versorgt, gibt es keinen Sonnenschein oder ist es Nacht, kommt das in dieser Anmeldung beschriebene Verfahren zum Zuge. Orte mit nicht ausreichender Infrastruktur sind an vielen Orten der Welt vorzufinden, beispielhaft in Süd-Amerika oder in Afrika. Diese Orte sind nicht an das öffentliche Stromnetz angeschlossen, da beispielsweise dieser Anschluss aufgrund einer geringen Besiedlungsdichte nicht lohnt. An anderen Orten zerstören Terroristen gerne die Elemente des elektrischen Netzes. Allen Anwendungen gemeinsam ist es vorteilhaft gegenüber herkömmlichen Notstromaggregaten, dass der Brennstoff nicht antransportiert werden muss. Das ist in Gebieten weit wenig von Infrastruktur teuer und nicht dauerhaft darstellbar, bei Notfällen wird auch der Antransport schwer bis unmöglich sein.In case of emergency, the place of need may be a hospital with a destroyed connection to the public power grid or a portable hospital for use in disaster areas. In a variant of the arrangement, photovoltaic cells can be placed on or next to the hospital. If the sun shines, if the hospital is supplied directly, if there is no sunshine or if it is night, the procedure described in this application comes into play. Places with insufficient infrastructure can be found in many parts of the world, for example in South America or in Africa. These places are not connected to the public power grid, because, for example, this connection is not worth due to a low population density. In other places, terrorists like to destroy the elements of the electrical network. Common to all applications, it is advantageous over conventional emergency generators that the fuel does not have to be transported. In areas that are far from expensive in terms of infrastructure and can not be permanently displayed, in emergencies transport will be difficult or even impossible.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die bei der zumindest teilweisen Hydrierung des mindestens einen Substrates mit einem ausgedehnten π-konjugierten System im ersten chemischen Reaktor entstehende Wärme in ein Heizsystem eines Gebäudes eingeschleust wird. Aufgrund der hohen Temperatur kann diese Wärme beispielhaft zur Sterilisierung genutzt werden, wenn ein Krankenhaus versorgt wird. Das zumindest teilweise hydrierte Substrat mit einem ausgedehnten π-konjugierten System wird im zweiten chemischen Reaktor unter Wärmezufuhr dehydriert. Die für die Dehydrierung notwendige Wärme stammt bevorzugt aus einem Wärmespeicher, kann jedoch auch bei Bedarf aus einer weiteren, externen Quelle wie z. B. direkte Sonneneinstrahlung oder durch Verbrennen von Wasserstoff zugeführt werden. Anschließend wird das im zweiten chemischen Reaktor dehydrierte Substrat aus dem zweiten chemischen Reaktor über den Speichertank in den Elektrolyseur rückgeführt. Es erfolgt also ein vollständiges Recycling der verwendeten Substanzen. Da das verwendete Substrat nicht verbraucht wird, können sehr lange Gebrauchszeiten bzw. eine große Anzahl von Recycling-Zyklen angestrebt werden.Furthermore, it is advantageous if the heat produced in the at least partial hydrogenation of the at least one substrate with an extended π-conjugated system in the first chemical reactor is introduced into a heating system of a building. Due to the high temperature, this heat can be used as an example for sterilization when a hospital is being cared for. The at least partially hydrogenated substrate with an extended π-conjugated system is dehydrogenated in the second chemical reactor with heat input. The heat necessary for the dehydrogenation preferably comes from a heat storage, but can also be used as needed from another, external source such. B. direct sunlight or be supplied by burning hydrogen. Subsequently, the substrate dehydrated in the second chemical reactor is recycled from the second chemical reactor via the storage tank into the electrolyzer. So there is a complete recycling of the substances used. Since the substrate used is not consumed, very long periods of use or a large number of recycling cycles can be sought.
Wird als Anlage zur Wandlung von Wasserstoff in elektrischen Strom eine Brennstoffzelle genutzt, ist es von Vorteil, wenn das in der Brennstoffzelle während der Wasserstoffoxidation gebildete Wasser in den Elektrolyseur überführt wird. Es ist ebenfalls vorstellbar, dass das in der Brennstoffzelle gebildete Wasser lediglich teilweise recycelt wird.If a fuel cell is used as the plant for the conversion of hydrogen into electricity, it is advantageous if the water formed in the fuel cell during the hydrogen oxidation is transferred into the electrolyzer. It is also conceivable that the water formed in the fuel cell is only partially recycled.
Der für die Wasserstoffoxidation in einer Brennstoffzelle benötigte Sauerstoff wird bevorzugt von außen, d. h. außerhalb des Gebäudes, in die Brennstoffzelle in Form von Luft oder reinem Sauerstoff zugeführt. Somit ist die Installation von sauerstofferzeugenden Geräten nicht notwendig. Es ist aber auch denkbar, den im Elektrolyseur während der Wasserhydrolyse gebildeten Sauerstoff unmittelbar in die Brennstoffzelle einzuleiten. The oxygen required for hydrogen oxidation in a fuel cell is preferably supplied from the outside, ie outside the building, into the fuel cell in the form of air or pure oxygen. Thus, the installation of oxygen-generating devices is not necessary. However, it is also conceivable to introduce the oxygen formed in the electrolyzer during the water hydrolysis directly into the fuel cell.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the figures of the drawings of several embodiments. Show it:
In
Die
Ausführungsbeispiel 1
Die Grundlage bildet ein mobiles Krankenhaus mit einem mittleren Energiebedarf von 20 kW in Afrika. Das mobile Krankenhaus soll mit der beschriebenen Ausführungsform über 24 Stunden ununterbrochen mit elektrischem Strom versorgt werden, ohne Brennstoff anzutransportieren. Als Energiequelle sei Photovoltaik angenommen. In der Nacht soll der Bedarf z. B. durch fehlende Notwendigkeit der Kühlung auf 5 kW fallen. Das energiearme Substrat soll N-Ethylcarbazol sein. Die Ausbeute an elektrischem Strom über Photovoltaik wird im Mittel mit 200 W/qm für 12 h angenommen. Um den Bedarf von 20 kW tagsüber zu decken, sind daher 100 qm Photovoltaik nötig. Um auch nachts Elektrizität zur Verfügung zu haben, muss die Leistung von 5 kW elektrisch zusätzlich tagsüber gewonnen werden. Nimmt man den Wirkungsgrad für die in
Ausführungsbeispiel 2
Dieses Beispiel geht von identischen Voraussetzungen wie Ausführungsbeispiel 1 aus, unterscheidet sich aber dadurch, dass die Wärme zu 50% zur Kühlung des mobilen Krankenhauses genutzt wird. Nimmt man die Leistungszahl der Kältemaschine zu 0,65 an, was typisch für Ammoniak-Wasser Kältemaschinen ist, können von den 15 kW Wärmeerzeugung, von denen 2/3 während der Beladung anfallen, 10 kW × 0,65 = 6,5 kW zur Kühlung verwendet werden. Der Zusatzaufwand für elektrische Antriebe und Steuerung ist in dieser Überschlagsrechnung nicht enthalten.This example assumes the same prerequisites as
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