DE102013203892A1 - Wasserstoffbereitstellungssystem und Verfahren zur Wasserstoffbereitstellung - Google Patents

Wasserstoffbereitstellungssystem und Verfahren zur Wasserstoffbereitstellung Download PDF

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Abstract

Nach der Erfindung ist ein Wasserstoffbereitstellungssystem für eine mobile Einheit, wenigstens umfassend ein Wasserstoffreservoir zur Vorhaltung von gasförmigem Druckwasserstoff und einen Speicherbehälter für Hydrid, wobei das Wasserstoffreservoir und der Speicherbehälter durch wenigstens eine Leitung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein hochdruck- und temperaturfester, mit Katalysator ausgerüsteter Reaktor in die Leitung zwischen Wasserstoffreservoir und Speicherbehälter geschaltet ist und aus diesem, über einen ersten Leitungsabschnitt der Leitung, mit förderfähigem, mit Wasserstoff angereichertem Hydrid zur Wasserstoffabscheidung versorgt wird, worauf der im Reaktor abgeschiedene, gasförmige Wasserstoff, über einen zweiten Leitungsabschnitt der Leitung, ins Wasserstoffreservoir strömt, aus dem für die mobile Einheit Druckwasserstoff bereit gestellt werden kann.

Description

  • Als Ausprägung einer zunehmenden Elektromobilität wird der zum Fahrbetrieb von Kraftfahrzeugen benötigte elektrische Strom auch mittels Brennstoffzellen erzeugt. Diese benötigen zum Betrieb Wasserstoff, der auf unterschiedliche Weise bereit gestellt werden kann.
  • An Tankstellen für Druckwasserstoff (CGH2) wird dieser nach dem Stand der Technik vor Ort aus einem Niederdruckspeicher heraus geliefert. Die Anlieferung von Wasserstoff an die Tankstelle erfolgt im Allgemeinen als Druckgas per LKW bzw. Pipeline oder tiefkalt als verflüssigter Wasserstoff (LH2), auch per LKW. Bei der CGH2-Tankstelle wird das Druckgas durch zwei- oder mehrstufige mechanische Kompression erzeugt und in Druckspeichern mit 700 barü oder 350 barü zur Fahrzeugbetankung vorgehalten. Die Versorgung der Tankstelle erfolgt kosten- und verkehrsaufwändig aus Druckgasbündeln, die per LKW anzuliefern sind, bzw. die direkt aus einem LKW durch Überströmen nachgefüllt werden, oder erfordert den Anschluss an eine Wasserstoffgas-Pipeline. Die Investitionskosten werden deutlich von den Anlagenkomponenten, die der Speicherung und vor allem der Kompression des Wasserstoffs dienen, dominiert. Unabhängig vom Druckniveau (700 barü, 350 barü) entfallen hierauf ¾ der Gesamtkosten (Speicher 14%, Kompressoren 61%). Die Betriebskosten (ohne Stromkosten) werden überwiegend von den Wartungs- und Instandhaltungskosten der Wasserstoffkompressoren bestimmt (ca. 72%). Der Stromverbrauch für den Antrieb der Kompressoren beträgt ca. 1/10 des Heizwertes des erzeugten Wasserstoffs. Die Betriebskosten (incl. Stromkosten) betragen ca. € 0,35 (700 barü, Stand 2010) bzw. ca. € 0,32 (350 barü, 2010) pro kWhCGH2. Jedes getankte Gramm H2 verteuert sich somit durch den Betrieb einer CGH2-Tankstelle um ca. 0,01 €, ein Tankfüllung von 5 kgCGH2 demnach um rd. 50 €.
  • Bei der LCGH2-Tankstelle wird der als LH2 angelieferte Wasserstoff aus einem Kryospeicher in kleinere Drucktanks gepumpt und in diesen mittels Wärmezufuhr zum Hockdruckaufbau, 700 barü, verdampft. Die Versorgung der Tankstelle mit LH2 erfolgt kosten- und verkehrsaufwändig per LKW. Die Investitionskosten werden weit überwiegend von den Anlagenkomponenten bestimmt, die der Speicherung, der Förderung und der Verdampfung des kryogenen LH2 dienen. Unabhängig vom Entwicklungsstand entfallen hierauf 6/7 der Gesamtkosten (LH2-Speicher + Kryopumpe + Verdampfer, zusammen 85%). Der Stromverbrauchbeträgt ca. 1/20 des Heizwertes des erzeugten Wasserstoffs. Die Betriebskosten betragen ca. € 0,29 (700 barü, Stand 2010) pro kWhCGH2. Jedes getankte Gramm H2 verteuert sich somit durch den Betrieb einer CGH2-Tankstelle um ca. 0,01 €, ein Tankfüllung von 5 kgCGH2 demnach um rd. 50 €.
  • Des Weiteren ist es möglich, Wasserstoff unter erhöhtem Druck, zum Beispiel mit 120 barü, mittels Hockdruck-Elektrolyseuren her- und bereitzustellen. Elektrolyseure verbrauchen im Betrieb grundsätzlich mehr elektrischen Strom als der Brennwert des erzeugten Wasserstoffgases beträgt. Der Wirkungsgrad liegt je nach Bauart in etwa zwischen 50% und 70%.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Speicherung und zum Transport von Wasserstoff als Energieträger besteht darin, ihn chemisch in Hydriden zu binden und wieder zu lösen. Die heute bekannten Wasserstofferzeuger (Hydrogen Release Units HRU) sind Labor- oder Versuchs-HRU. Sie werden vor allem hinsichtlich der Separation des erzeugten Wasserstoffgases aus dem Reaktionsprozess, der massen- und volumenspezifischen Förderleitungsdichten, der Reinheit des erzeugten Wasserstoffgases und hinsichtlich der fördermengenspezifischen Minimierung der Kosten des Katalysators untersucht. Ein Nachteil besteht in den sehr begrenzten Förderdrücken, die nach heutigem Kenntnisstand von minimal über Umgebungsdruck bis wenige 1er-barü betragen. Dabei zeigt sich nach eigenen Kenntnissen eine mäßige Abhängigkeit der Förderleistung vom Förderdruck.
  • Mit den heutigen HRU nimmt diese bei steigenden Drücken zunächst wenige Prozent pro barü ab (bis 3 barü). Insbesondere sind die heutigen HRU nicht geeignet, hohe Drücke, die das Druckniveau der Wasserstoff-Druckgasbetankung erreichen (700 barü, technisch erforderlich > 800 barü), zu erzeugen.
  • Die DE 10 2009 016 475 B4 beschreibt ein Wasserstoffbereitstellungssystem und Verfahren zur Wasserstoffbereitstellung für eine mobile Einheit, bei dem Brennstoffzellen und HRU-Reaktor in der mobilen Einheit untergebracht sind und der HRU-Reaktor durch Druckwasserstoff aus einer Tankstelle beladen werden kann.
  • Da dieser Beladevorgang sehr viel Zeit benötigt und vor dem Hintergrund der obigen Ausführungen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wasserstoffbereitstellungssystem und Verfahren zur Wasserstoffbereitstellung für mobile Einheiten, insbesondere für Kraftfahrzeuge, vorzuschlagen, das zur Reduktion der Transport- und Anlieferkosten von Wasserstoff an Tankstellen beiträgt, das eine signifikante Reduktion der Investitionskosten und der Betriebskosten für Wasserstoff-Tankstellen erreicht und das eine deutliche Reduktion des Abgabepreises von Druckgas bis zu ca. 50 € pro 5 kg-Füllung ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Nach der Erfindung ist ein Wasserstoffbereitstellungssystem für eine mobile Einheit, wenigstens umfassend ein Wasserstoffreservoir zur Vorhaltung von gasförmigem Druckwasserstoff und einen Speicherbehälter für Hydrid, wobei das Wasserstoffreservoir und der Speicherbehälter durch wenigstens eine Leitung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein hochdruck- und temperaturfester, mit Katalysator ausgerüsteter Reaktor in die Leitung zwischen Wasserstoffreservoir und Speicherbehälter geschaltet ist und aus diesem, über einen ersten Leitungsabschnitt der Leitung, mit förderfähigem, mit Wasserstoff angereichertem Hydrid zur Wasserstoffabscheidung versorgt wird, worauf der im Reaktor abgeschiedene, gasförmige Wasserstoff, über einen zweiten Leitungsabschnitt der Leitung, ins Wasserstoffreservoir strömt, aus dem für die mobile Einheit Druckwasserstoff bereit gestellt werden kann.
  • Das hat den Vorteil, dass durch den Entfall der Speicher, Pumpen und Kompressoren für tiefkalten Wasserstoff und durch den Entfall der Wartungs- und Instandhaltungskosten, sowie der Stromkosten für mechanische, konventionelle Wasserstoffkompressoren sich der Abgabepreis von Druckgas preiswerter gestalten lässt. Die Belieferung von Wasserstoff-Druckgastankstellen mit gasförmigem oder verflüssigtem Wasserstoff und die Konditionierung zu betankbarem Druckgas, was den weit überwiegenden Kostenanteil bei den erforderlichen Investitionskosten und/oder den Betriebskosten erzeugt, entfällt. Dies wirkt sich auf den Abgabepreis für Druckwasserstoff deutlich preissenkend aus.
  • Wenn die Versorgung von Druckwasserstoff-Tankstellen mit in förderfähigen Hydriden chemisch gebundenem Wasserstoff durchgeführt wird, das förderfähige Hydrid, in dem der Wasserstoff gebunden ist, an der Tankstelle unter Umgebungsdruck in einem thermisch nicht isolierten Tank vorzugsweise unter Belüftung des Tanks zur Umgebung gespeichert wird, das Hydrid mit einer konventionellen Kraftstoff-Förderpumpe oder Hochdruck-Einspritzpumpe in eine HRU gefördert wird und der Wasserstoff in einer erfindungsgemäßen Hochdruck-HRU unter hohem Reaktionsdruck freigesetzt wird, entfällt die anteilige Kompression von H2-Gas an der Druckwasserstofftankstelle oder in einem anderen industriellen Verfahrensschritt mittels eines Hockdruckelektrolyseurs, was die sehr hohen Betriebskosten infolge hohen Strombedarfs vermeidet. Der Wärmebedarf zum Betrieb der erfindungsgemäßen HRU kann aus einer Vielfalt von Quellen gedeckt werden, auch unter Verwendung eines flüssigen Wärmeübertragungsmediums.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass der Katalysator, der insbesondere aus Platin oder Palladium besteht, ortsfest und nicht rotierend im Reaktor angeordnet ist. Ein solcher hochdruck- und temperaturfester Reaktor als Wasserstoff abgebende Einrichtung (Hydrogen Release Unit für Hochdruck, HD-HRU) ist dann vorteilhafterweise mit einer ein förderfähiges Hydrid führenden Leitung und mit einer ganz oder teilweise Hochdruck-Wasserstoffgas führenden Leitung verbunden. Die führt vorteilhafterweise zu einer HD-HRU-Anordnung, bei der die Leitung für förderfähiges Hydrid mit einem Speichertank für das selbige verbunden ist und die Leitung für Hochdruck-Wasserstoffgas mit einem Druckgas-Dispenser, insbesondere für Fahrzeuge verbunden ist. Dabei kann im Speichertank oder in der Hydridleitung eine Förderpumpe für Hydride, zum Beispiel nach der Art einer konventionellen Kraftstoffpumpe oder einer konventionelle Hochdruck-Einspritzpumpe angeordnet sein. In der Hochdruck-Wasserstoffgas-Leitung kann dann vorteilhafterweise ein Hochdruck-Zwischenspeicher und/oder eine oder mehrere der weiteren Druckerhöhung dienende Einrichtungen, insbesondere ein konventioneller Kompressor oder ein Sorptionshydridkompressor angeordnet sein, und/oder weitere Absperrvorrichtungen, zum Beispiel elektrisch angesteuerte Absperrventile.
  • Bevorzugte Ausführungsformen sehen vor, dass am Reaktor eine einen Wärmeträger zuführende Leitung und eine diesen Wärmeträger abführende Leitung angeordnet sind und dass die einen Wärmeträger zuführende Leitung mit einer Wärme abgebenden Einrichtung verbunden ist. Bei einer solchen Wärmeversorgung der HD-HRU mittels Wärmeträger und externer Beheizung kann die Wärme abgebende Einrichtung vorteilhafterweise ein Blockheizkraftwerk oder eine Solarstrahlung absorbierende Einrichtung oder eine Wärmepumpe oder ein Latentwärmespeicher oder ein Wärme abgebender Körper, in dem ein Sorptionsmaterial verwendet wird, oder ein mit Wasserstoff betriebener Heizer oder ein mit elektrischem Strom betriebener Heizer sein.
  • Alternativ dazu kann die Wärmeversorgung der HD-HRU auch mittels interner Beheizung erfolgen. Hier wird der Reaktor durch direkte Wärmeleitung mittels einer Heizeinrichtung erhitzt, insbesondere durch einen elektrischen Widerstandsheizer oder durch einen mit Wasserstoff betriebenen Heizer, insbesondere einen Porenbrenner, oder durch einen Latentwärmespeicher.
  • Des Weiteren findet eine Wärmeversorgung mittels kaskadierter Führung des Wärmeträgermediums statt, wenn der Sorptionshydridkompressor mittels einer Wärmeträgermedium zuführenden Leitung mit einer Wärme abgebenden Einrichtung und mittels eines Wärmeträgermediums abführenden Leitung mit dem Reaktor verbunden ist.
  • Besonders bevorzugt ist eine solarthermische Wärmeversorgung der HRU, bei der der Reaktor ein Bestandteil eines Solarpanels ist und direkt von der Sonnenstrahlung erwärmt wird, insbesondere dadurch, dass der Reaktor als Empfänger der in einem Sonnenkollektor konzentrierten Sonnenstrahlung angeordnet ist. Dabei kann auch ein Verfahren zur Wasserstoffbereitstellung zum Einsatz kommen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Erzeugung des gasförmigen Wasserstoffs in einem kontinuierlichen oder in einem diskontinuierlichen Prozess erfolgt. Bei diesem Verfahren zur Wasserstoffbereitstellung ist es dann möglich, dass der gasförmige Wasserstoff zwischen Reaktor und Speicherbehälter ein Förderdruckniveau erreicht, das sich vom Umgebungsdruck bis zum Hochdruckbereich einer Wasserstoffdruckgas-Tankstelle erstreckt.
  • Ebenso kann der Sorptionshydridkompressor solarthermisch mit Wärme versorgt werden, wenn dieser im Verfahren zur Wasserstoffbereitstellung zumindest während einer Desorptionsbetriebsphase direkt von der Sonnenstrahlung erwärmt wird, insbesondere dadurch, dass der Sorptionshydridkompressor als Empfänger der in einem Sonnenkollektor konzentrierten Sonnenstrahlung angeordnet ist.
  • Weitere bevorzugte Verfahrensausgestaltungen zur Wasserstoffbereitstellung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung von Wasserstoff in einem kontinuierlichen Prozess durchgeführt wird, und dass die dabei entstehende erhebliche Zunahme des Wasserstoff-Volumenstromes innerhalb des Reaktors durch die Ausführung des Strömungsbereiches mit einem ein- oder mehrachsig gekrümmten Verlauf dazu führt, dass die Durchströmung des Reaktors unter Ausbildung einer Rotation wenigstens eines Teils des Hydrid/Gas-Gemisches erfolgt. Alternativ dazu kann das Verfahren zur Wasserstoffbereitstellung so ausgestaltet sein, dass die Erzeugung von Wasserstoff in einem kontinuierlichen Prozess durchgeführt wird, und dass der Reaktor mit einem Rührelement wenigstens einem Teil des strömenden Hydrid/Gas-Gemisches eine Rotationsbewegung aufprägt. Eine weitere Alternative ist ein Verfahren zur Wasserstoffbereitstellung, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung von Wasserstoff in einem kontinuierlichen Prozess durchgeführt wird, und dass der Reaktor mit einem Formelement, insbesondere mit einer durchströmten Honeycomb-Wabenstruktur, die Schaumbildung innerhalb des Reaktionsbereichs vermindert. Weiterhin ist vorteilhaft, wenn das Volumen des Reaktionsbereiches im Vergleich zu mit niedrigem Förderdruckniveau betriebenen HRU bezüglich der Fläche eines innenliegenden Wärmetauschers signifikant vergrößert ist, oder wenn das Wärmeträgermedium, das über die Wärmeträger führende Leitung zugeführt wird, flüssig ist, oder wenn als Katalysator ein Stoff bzw. eine Stoffkombination verwendet wird, die insbesondere kein Platin oder Palladium enthält, sondern einen Stoff der preiswerter zu beschaffen ist.
  • Weitere bevorzugte Verfahrensausgestaltungen sind die Erzeugung von Wasserstoff im Reaktor in einem diskontinuierlichen Batchprozess und/oder mit einem Katalysator, der innerhalb des Reaktors drehend, insbesondere als nach dem Stand der Technik rotierender Reaktor angeordnet ist.
  • Vier bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschreibt die nachfolgende Beschreibung mit der zugehörigen Zeichnung. Es zeigen:
  • 1: ein schematisch dargestelltes, erfindungsgemäßes Wasserstoffbereitstellungssystem zur Anwendung eines Verfahrens zur Wasserstoffbereitstellung gemäß der Erfindung bei einer Wasserstoff-Tankstelle für mobile Einrichtungen,
  • 2: eine Weiterbildung der Erfindung entsprechend 1 im Bereich des Reaktors,
  • 3: eine zu 2 alternative Weiterbildung der Erfindung entsprechend 1 und
  • 4: eine weitere, zu den 2 und 3 alternative Weiterbildung der Erfindung entsprechend 1.
  • Gegenstand der Erfindung ist die Entwicklung einer Wasserstoffversorgungseinrichtung und eines Verfahrens zur Versorgung von mobilen Einrichtungen, insbesondere Kraftfahrzeugen, für die Verwendung von flüssigen H2-Verbindungen, insbesondere solchen mit organischen Grundstoffen (LOHC) in einer HRU (Hydrogen Release Unit), als infrastrukturelles Distributionsmedium für Tankstellen. Die Nennung von LOHC erfolgt im Folgenden beispielhaft als ein Vertreter für flüssige H2-Verbindungen.
  • Es wird hier ein tankstellenseitiges System zu Speicherung und Transport von Wasserstoff zur Tankstelle und zur tankstellenseitigen Erzeugung von H2 aus LOHC als LOHC-System beschrieben. Dabei fällt dehydrogenisiertes LOHC als Trägermittel an. An die mobile Einheit, zum Beispiel ein Kraftfahrzeug, wird aus LOHC erzeugter Druckwasserstoff ausgegeben.
  • 1 zeigt ein tankstellenseitig anwendbares LOHC-System mit nicht gezeichneten Betankungsanschlüssen zur Abgabe von Druckwasserstoff an nicht gezeichnete Kraftfahrzeuge aus einem Dispenser für Wasserstoff, gespeichert als Druckgas in einem Wasserstoffreservoir 5. Dieses Druckgas wird über einen zweiten Leitungsabschnitt 3 mit Absperrventilen 9, Hochdruck-Zwischenspeicher 7 und Druckerhöher 8 aus einem hochdruck- und temperaturfesten, mit Katalysator ausgerüsteten Reaktor 1, in dem es erzeugt wird, als H2 Hochdruckgas in das Wasserstoffreservoir 5 gedrückt. Die weitere, erfindungsgemäße Konfiguration des tankstellenseitigen Wasserstoffbereitstellungssystems, das aus bereits grundsätzlich existierenden Einzelkomponenten nach dem Stand der Technik besteht, ist folgendermaßen aufgebaut: Ein Speicherbehälter für flüssiges Hydrid 4, in dem eine Kraftstoffpumpe als Förderpumpe 6 für Hydride angeordnet ist, versorgt den Reaktor 1 über einen ersten Leitungsabschnitt 2 der Leitung 2, 3, die Wasserstoffreservoir 5 und Speicherbehälter 4 verbindet, mit mit Wasserstoff angereichertem flüssigem Hydrid. Im Reaktor 1 wird das Hydrid unter Mitwirkung des nicht gezeichneten Katalysators aus Platin dehydriert und der freigesetzte Wasserstoff wird über den zweiten Leitungsabschnitt 3 wie oben beschrieben dem Wasserstoffreservoir 5 zugeführt.
  • In 2 ist gegenüber der 1 am Reaktor 1 des Wasserstoffbereitstellungssystems eine einen Wärmeträger zuführende Leitung 10 und eine diesen Wärmeträger abführende Leitung 11 angeordnet und die den Wärmeträger zuführende Leitung 10 ist mit einer Wärme abgebenden Einrichtung 12 zum Beispiel mit einer Solarstrahlung absorbierenden Einrichtung verbunden.
  • Während im Ausführungsbeispiel von 3 der Reaktor 1 durch direkte Wärmeleitung mittels einer Heizeinrichtung 13 erhitzt wird, zum Beispiel durch einen mit Wasserstoff betriebenen Heizer, insbesondere einen Porenbrenner.
  • Das Ausführungsbeispiel von 4 zeichnet sich dadurch aus, dass ein Sorptionshydridkompressor 8a mittels einer Wärmeträgermedium zuführenden Leitung 10a mit der Wärme abgebenden Einrichtung 12 und mittels einer Wärmeträgermedium abführenden Leitung 10b mit dem Reaktor 1 verbunden ist.
  • Erfindungsgemäße Ausführungen des Reaktors 1 und der weiteren Komponenten erlauben die Betankung von mit Druckwasserstoff betriebenen Kraftfahrzeugen mit 350 barü oder mit 700 barü. Für kundenwertige, kurze Tankzeiten ist in dem Zwischenspeicher 7, aus dem der Dispenser des Wasserstoffreservoirs 5 während der Betankung mit Druckgas versorgt wird, ein erhöhter Druck, z. B. 880 barü für eine Betankung mit nominal 700 barü herzustellen. Dies entspricht dann dem Mindestförderdruck der letzten Druckerzeugungsstufe (Hochdruck-H, Sorptionshydridkompressor, mechanischer Kompressor).
  • Die erfindungsgemäße Gestaltung und Verwendung des Reaktors 1 als HD-HRU besitzt folgenden Vorteile für die Kosten der Elektromobilität bzw. Wasserstoffdruckgas-Tankstellen:
    • – Reduktion der Transport- und Anlieferkosten von Wasserstoff an CGH2-/LCGH2-Tankstellen
    • – Signifikante Reduktion der Investitionskosten von CGH2-/LCGH2-Tankstellen durch Entfall der Speicher, Pumpen und Kompressoren für (tiefkalten) Wasserstoff
    • – Signifikante Reduktion der Betriebskosten von CGH2-/LCGH2-Tankstellen durch Entfall der Wartungs- und Instandhaltungskosten, sowie der Stromkosten für mech., konventionelle Wasserstoffkompressoren
    • – Deutliche Reduktion des Abgabepreises von Druckgas (Größenordnung: bis zu ca. 50 € pro 5 kg-Füllung)
  • Kosten der Erzeugung von CGH2 (Anlagen):
    • – Deutliche Reduktion der Investition- und Betriebskosten im Anlagenbereich durch Entfall der HD-Elektrolyseure und des sehr hohen Strombedarfs.
  • Die erfindungsgemäße große Vielfalt und Flexibilität bei der Kombination der HD-HRU mit den anderen Komponenten einer CGH2-Tankstelle, z. B. mit H2-Zwischenspeichern, Dispensern oder auch (bereits vorhandenen) konventionellen Kompressoren oder SHK (Sorptionshydridkompressoren) erleichtert die Einführung und Verwendung der HD-HRU.
  • Der Betrieb der HD-HRU, als Bestandteil einer H2-Tankstelle, ist in Kombination mit allen verfügbaren Wärmequellen, die über eine ausreichende Temperatur in einem (Abwärme-)Strom verfügen möglich. Insbesondere ist die Nutzung von Abwärme z. B. aus einem BHKW möglich, so dass sich für den Betreiber einer H2-Tankstelle eine interessante Erweiterung seines Geschäftsmodells im Energiesektor ergeben kann, wozu auch die potentielle Abgabe der Abwärme der HD-HRU mit einer Temperatur von über 200°C z. B. zur Erzeugung von Warmwasser in Wohngebäuden beitragen kann.
  • Die technologischen Anforderungen an die HD-HRU sind in dieser immobilen Anwendung gegenüber denen einer mobilen, automotiven Verwendung deutlich reduziert:
    • – Keine Einschränkung durch grav. oder vol. Förderleistungsdichten
    • – Keine hochdynamische Betriebspunktadaption erforderlich
    • – Keine Kaltstartfähigkeit erforderlich
    • – Kein hochleistungsfähiger Katalysator erforderlich
    • – Kein leistungsdichter Wärmetauscher erforderlich, infolge der zum (Hoch-)Druckaufbau erhöhten Verweildauer des Hydrids im Reaktionsbereich
    • – Reduktion der Baugröße des Wärmetauschers, infolge der hohen Wärmeübergänge bei der zulässigen Verwendung eines flüssigen (nicht gasförmigen) Wärmeträgermediums
    • – Vereinfachtes Verfahren zur kontinuierlichen Benetzung des Katalysators mit Hydrid, infolge des bei den erhöhten Reaktionsdrücken stark reduzierten H2-Volumenanteils im durchströmten Reaktionsbett
    • – Vereinfachte Herbeiführung einer rotierenden Durchströmung zur gravimetrischen Gasabscheidung
    • – Betriebsweise als diskontinuierlicher (Batch-)Prozess, der sich apparativ erheblich einfacher auslegen lässt, als der kontinuierliche Betrieb
    • – Betriebsweise mit zeitlicher Trennung von Erzeugung und Nutzung der Betriebswärme, insbesondere durch die Möglichkeit Latentwärmespeicher (z. B. mit einem Salz als PCM) zu nutzen
  • Sobald Wasserstoff speichernde flüssige Hydride z. B. im Zuge der sogen. Energiewende (seit 2011) Verwendung finden werden, kann sich eine HD-HRU aufgrund ihrer wirtschaftlichen und betrieblichen Vorteile beim Einsatz zunächst in CGH2-Tankstellen potentiell günstig auf die zeitnahe Etablierung einer auch automobilen HRU-Technologie und die damit einhergehende Industrialisierung auswirken.
  • Ein Netz von mit flüssigen Hydriden versorgten und mit HD-HRU betriebenen CGH2-Tankstellen kann so den Wasserstoff-Bedarf von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen decken. Da sich solche Tankstellen besonders leicht auch zur Betankung von LOHC-Fahrzeugen erweitern lassen, stellen sie eine günstige Ausgangssituation zum zügigen Aufbau eines möglichen LOHC-Tankstellennetzes dar.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009016475 B4 [0007]

Claims (16)

  1. Wasserstoffbereitstellungssystem für eine mobile Einheit, wenigstens umfassend ein Wasserstoffreservoir (5) zur Vorhaltung von gasförmigem Druckwasserstoff und einen Speicherbehälter für Hydrid (4), wobei das Wasserstoffreservoir (5) und der Speicherbehälter (4) durch wenigstens eine Leitung (2, 3) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein hochdruck- und temperaturfester, mit Katalysator ausgerüsteter Reaktor (1) in die Leitung (2, 3) zwischen Wasserstoffreservoir (5) und Speicherbehälter (4) geschaltet ist und aus diesem, über einen ersten Leitungsabschnitt (2) der Leitung (2, 3), mit förderfähigem, mit Wasserstoff angereichertem Hydrid zur Wasserstoffabscheidung versorgt wird, worauf der im Reaktor (1) abgeschiedene, gasförmige Wasserstoff, über einen zweiten Leitungsabschnitt (3) der Leitung (2, 3), ins Wasserstoffreservoir (5) strömt, aus dem für die mobile Einheit Druckwasserstoff bereit gestellt werden kann.
  2. Wasserstoffbereitstellungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator, der insbesondere aus Platin oder Palladium besteht, ortsfest und nicht rotierend im Reaktor (1) angeordnet ist.
  3. Wasserstoffbereitstellungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Speicherbehälter (4) oder im ersten Leitungsabschnitt (2) eine Förderpumpe (6) für Hydride angeordnet ist.
  4. Wasserstoffbereitstellungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (6) eine Kraftstoffpumpe oder eine Hochdruck-Einspritzpumpe ist.
  5. Wasserstoffbereitstellungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Leitungsabschnitt (3) ein Hochdruck-Zwischenspeicher (7) und/oder der weiteren Druckerhöhung des gasförmigen Wasserstoffs dienende Einrichtungen (8), insbesondere ein Kompressor oder ein Sorptionshydridkompressor (8a), und/oder weitere Absperrvorrichtungen (9), insbesondere elektrisch angesteuerte Absperrventile angeordnet sind.
  6. Wasserstoffbereitstellungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Reaktor (1) eine einen Wärmeträger zuführende Leitung (10) und eine diesen Wärmeträger abführende Leitung (11) angeordnet sind und dass die einen Wärmeträger zuführende Leitung (10) mit einer Wärme abgebenden Einrichtung (12) verbunden ist.
  7. Wasserstoffbereitstellungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme abgebende Einrichtung (12) ein Blockheizkraftwerk oder eine Solarstrahlung absorbierende Einrichtung oder eine Wärmepumpe oder ein Latentwärmespeicher oder ein Wärme abgebender Körper, in dem ein Sorptionsmaterial verwendet wird, oder ein mit Wasserstoff betriebener Heizer oder ein mit elektrischem Strom betriebener Heizer ist.
  8. Wasserstoffbereitstellungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) durch direkte Wärmeleitung mittels einer Heizeinrichtung (13) erhitzt wird, insbesondere durch einen elektrischen Widerstandsheizer oder durch einen mit Wasserstoff betriebenen Heizer, insbesondere einen Porenbrenner, oder durch einen Latentwärmespeicher.
  9. Wasserstoffbereitstellungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sorptionshydridkompressor (8a) mittels einer Wärmeträgermedium zuführenden Leitung (10a) mit einer Wärme abgebenden Einrichtung (12) und mittels einer Wärmeträgermedium abführenden Leitung (10b) mit dem Reaktor (1) verbunden ist.
  10. Wasserstoffbereitstellungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) ein Bestandteil eines Solarpanels ist und direkt von der Sonnenstrahlung erwärmt wird, insbesondere dadurch, dass der Reaktor (1) als Empfänger der in einem Sonnenkollektor konzentrierten Sonnenstrahlung angeordnet ist.
  11. Verfahren zur Wasserstoffbereitstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung des gasförmigen Wasserstoffs in einem kontinuierlichen oder in einem diskontinuierlichen Prozess erfolgt.
  12. Verfahren zur Wasserstoffbereitstellung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der gasförmige Wasserstoff zwischen Reaktor (1) und Speicherbehälter (5) einen Förderdruckniveau erreicht, das sich vom Umgebungsdruck bis zum Hochdruckbereich einer Wasserstoffdruckgas-Tankstelle erstreckt.
  13. Verfahren zur Wasserstoffbereitstellung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sorptionshydridkompressor (8a) zumindest während einer Desorptionsbetriebsphase direkt von der Sonnenstrahlung erwärmt wird, insbesondere dadurch, dass der Sorptionshydridkompressor (8a) als Empfänger der in einem Sonnenkollektor konzentrierten Sonnenstrahlung angeordnet ist.
  14. Verfahren zur Wasserstoffbereitstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung von Wasserstoff in einem kontinuierlichen Prozess durchgeführt wird, und dass die dabei entstehende erhebliche Zunahme des Wasserstoff-Volumenstromes innerhalb des Reaktors (1) durch die Ausführung des Strömungsbereiches mit einem ein- oder mehrachsig gekrümmten Verlauf dazu führt, dass die die Durchströmung des Reaktors (1) unter Ausbildung einer Rotation wenigstens eines Teils des Hydrid/Gas-Gemisches erfolgt.
  15. Verfahren zur Wasserstoffbereitstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung von Wasserstoff in einem kontinuierlichen Prozess durchgeführt wird, und dass der Reaktor (1) mit einem Rührelement wenigstens einem Teil des strömenden Hydrid/Gas-Gemisches eine Rotationsbewegung aufprägt.
  16. Verfahren zur Wasserstoffbereitstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung von Wasserstoff in einem kontinuierlichen Prozess durchgeführt wird, und dass der Reaktor (1) mit einem Formelement, insbesondere mit einer durchströmten Honeycomb-Wabenstruktur, die Schaumbildung innerhalb des Reaktionsbereichs vermindert.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014226282A1 (de) * 2014-12-17 2016-06-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Reaktor zur Dehydrierung von flüssigen Wasserstoffträgermaterialien
WO2018015286A1 (de) * 2016-07-22 2018-01-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. Verfahren zur dehydrierung von organischen molekülen
WO2018137891A1 (de) * 2017-01-24 2018-08-02 Linde Aktiengesellschaft Bereitstellung von gasförmigem wasserstoff
EP3376089A1 (de) * 2017-03-16 2018-09-19 H2 Energy AG System zum speichern eines energieträgerfluids
CN109163214A (zh) * 2018-08-15 2019-01-08 国家电投集团氢能科技发展有限公司 加氢站
CN109179315A (zh) * 2018-08-23 2019-01-11 西安瀚海氢能源科技有限公司 一种级联式液态有机储氢系统及控制方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009016475B4 (de) 2008-04-01 2012-02-02 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Wasserstoffbereitstellungssystem und Verfahren zur Bereitstellung von Wasserstoff

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009016475B4 (de) 2008-04-01 2012-02-02 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Wasserstoffbereitstellungssystem und Verfahren zur Bereitstellung von Wasserstoff

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014226282A1 (de) * 2014-12-17 2016-06-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Reaktor zur Dehydrierung von flüssigen Wasserstoffträgermaterialien
US10618808B2 (en) 2014-12-17 2020-04-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Catalyst support, recycle reactor and method for releasing hydrogen
WO2018015286A1 (de) * 2016-07-22 2018-01-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. Verfahren zur dehydrierung von organischen molekülen
US11440795B2 (en) 2016-07-22 2022-09-13 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Method for the dehydrogenation of organic molecules
WO2018137891A1 (de) * 2017-01-24 2018-08-02 Linde Aktiengesellschaft Bereitstellung von gasförmigem wasserstoff
EP3376089A1 (de) * 2017-03-16 2018-09-19 H2 Energy AG System zum speichern eines energieträgerfluids
WO2018166808A1 (de) * 2017-03-16 2018-09-20 H2 Energy Ag System zum speichern eines energieträgerfluids
CN109163214A (zh) * 2018-08-15 2019-01-08 国家电投集团氢能科技发展有限公司 加氢站
CN109163214B (zh) * 2018-08-15 2024-01-05 国家电投集团氢能科技发展有限公司 加氢站
CN109179315A (zh) * 2018-08-23 2019-01-11 西安瀚海氢能源科技有限公司 一种级联式液态有机储氢系统及控制方法
CN109179315B (zh) * 2018-08-23 2020-09-08 西安瀚海氢能源科技有限公司 一种级联式液态有机储氢系统及控制方法

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