DE102017001257A1 - Offshore electrolysis of seawater for hydrogen production - Google Patents
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Abstract
Eines der größten Probleme der erneuerbaren Energien sind die mangelnden Speicherkapazitäten zum Abfedern von Schwankungen. Zudem steigt durch die Autoindustrie der Bedarf an nachhaltig erzeugtem Wasserstoff immer weiter. Diese beiden Probleme bekämpft die Erfindung, eine Anlage zur Offshore-Elektrolyse von Meerwasser mithilfe der Energie von Windparks. Dabei verhindert die Anlage die Entstehung schädlicher Stoffe (wie z.B. Chlorgas), die bei konventionellen Salzwasserelektrolysen entstehen würden und ist effizienter als die Elektrolyse von destilliertem Wasser.
Die komplette Anlage kann zudem optional rotieren und sich so immer perfekt nach der Meeresströmung ausrichten und sie ausnutzen.
One of the biggest problems of renewable energies is the lack of storage capacity to cushion fluctuations. In addition, the demand for sustainably produced hydrogen by the automotive industry is constantly increasing. These two problems are tackled by the invention, a plant for the offshore electrolysis of seawater using the energy of wind farms. The plant prevents the formation of harmful substances (such as chlorine gas), which would occur in conventional salt water electrolysis and is more efficient than the electrolysis of distilled water.
The complete system can also rotate as an option and thus always align perfectly with the ocean currents and exploit them.
Description
Problematikproblem
Eines der größten Probleme der erneuerbaren Energien wie der Windenergie ist die starke Abhängigkeit von Wettereinflüssen, was zu einer sehr ungleichen und nicht bedarfsgerechten Erzeugung des Stroms führt. So produzieren Windkraftanlagen an windreichen Tagen oft viel mehr Strom, als benötigt wird. Noch lässt sich der relativ geringe Anteil von wetter- und damit zufallsabhängigen Energieproduzenten an der gesamten Energieproduktion im Fall von plötzlichen Spitzen abfedern. Doch je höher der Einspeisungsanteil der zufallsabhängigen Energiequellen gegenüber dem der regelbaren Quellen (Kraftwerke) wird, desto schwieriger und teurer wird die von den konventionellen Kraftwerken geleistete Korrektur. Es mangelt an Stromspeicherkapazitäten für eine bessere zeitliche Verteilung des Stroms, um die Energiewende im Hinblick auf die Netzstabilität ermöglichen zu können, ohne das ganze Windparks vom Netz genommen werden müssen. [1]One of the biggest problems of renewable energy, such as wind energy, is its strong dependence on weather conditions, which leads to very unequal and inadequate generation of electricity. Wind turbines often produce much more electricity on windy days than is needed. Nor can the relatively small proportion of weather- and thus random energy producers in the total energy production in the case of sudden peaks cushion. However, the higher the feed-in share of the randomly dependent energy sources compared to the controllable sources (power plants), the more difficult and expensive is the correction made by the conventional power plants. There is a lack of electricity storage capacity for a better time distribution of electricity in order to enable the energy transition in terms of grid stability, without the entire wind farm must be disconnected from the grid. [1]
Außerdem ist die Übertragung des Stroms über das normale Stromnetz mit Netzverlusten von ca. 6,4. % verbunden.[2]In addition, the transmission of electricity over the normal power grid with grid losses of about 6.4. % connected. [2]
Auf der anderen Seite wird Wasserstoff als Energieträger (z.B. für die Autoindustrie) immer interessanter. So testet eine stetig steigende Anzahl von deutsche Firmen, unter anderem Audi, aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid synthetisierte, CO2-neutrale Kraftstoffe (z.B. Oxygenmethylenether, kurz OME)[3]. Solche Kraftstoffe haben eine sehr hohe Energiedichte, sind gut lagerbar, transportierbar und in herkömmlichen Motoren sowie für die Gebäudebeheizung leicht zu nutzen.On the other hand, hydrogen as an energy carrier (for example for the automotive industry) is becoming increasingly interesting. For example, a steadily increasing number of German companies, including Audi, are testing carbon-neutral fuels synthesized from hydrogen and carbon dioxide (eg, oxygen methyl ether, OME for short) [3]. Such fuels have a very high energy density, are well storable, transportable and easy to use in conventional engines and for heating buildings.
Somit stellt sich die Frage, ob man diese beiden Probleme lösen kann, indem man mithilfe des Stroms von Offshore-Windrädern in der Nordsee direkt vor Ort (dezentral) aus Salzwasser durch Elektrolyse Wasserstoff gewinnen kann.This raises the question of whether these two problems can be solved by using the power of offshore wind turbines in the North Sea locally (decentralized) from salt water by electrolysis to win hydrogen.
Forschungsstandresearch status
Trotz der hohen Relevanz der Problematik und der Industrienähe ist die Forschung in diesen Fachbereich noch mehr als überschaubar. Zwar gibt es Studien zu verschiedenen Teilbereichen so zum Beispiel zum Transport von Wasserstoff, dem Sabatierprozeß und auch zur Wasserstoffgewinnung, doch gibt es weder genaue Pläne zum Aufbau einer Elektrolysezelle dieser Größenordnung, noch zur Energiebilanz der Wasserstoffgewinnung und die spätere Umwandlung in Strom, geschweige denn ein stimmiges Gesamtkonzept zur Einführung. Dementsprechend gibt es ebenso noch keine Forschung über eventuelle Abfallprodukte und darüber, ob die Umwelt durch den massiven Einsatz dieser Technik beeinträchtigt würde. Es zeigt sich also, dass es noch gewaltiges Forschungspotential für uns gibt und wir viele Ansatzpunkte haben.Despite the high relevance of the problem and the closeness to industry, research in this field is even more than manageable. Although there are studies in various areas such as the transport of hydrogen, the Sabatierprozeß and also for hydrogen production, but there are neither exact plans to build an electrolysis cell of this magnitude, nor the energy balance of hydrogen production and the subsequent conversion into electricity, let alone a coherent overall concept for introduction. Accordingly, there is also no research on possible waste products and whether the environment would be affected by the massive use of this technique. It turns out that there is still enormous research potential for us and that we have many starting points.
ErgebnisseResults
Unsere bisherigen Forschungen zur Verwirklichung einer dezentralen Elektrolyse von Meerwasser mittels des Stroms von Offshore-Windrädern in der Nordsee bezogen sich auf Experimente zu optimalen Elektrolysebedingungen, die Energiebilanzrechnung für die Elektrolyse, die Beseitigung der entstehenden Abfallprodukte sowie die Weiterverwendung des Wasserstoffs.Our previous research into the realization of a decentralized electrolysis of seawater by means of offshore wind power in the North Sea was based on experiments on optimal electrolysis conditions, the energy accounting for electrolysis, the elimination of waste products and the reuse of hydrogen.
Experimente zu den optimalen Bedingungen für eine MeerwasserelektrolyseExperiments on the optimal conditions for seawater electrolysis
Um herauszufinden, was die optimalen Bedingungen sind, um bei möglichst geringem Energieaufwand eine möglichst hohe Ausbeute an Wasserstoff zu erzielen, wurden Elektrolysen bei verschiedenen Bedingungen durchgeführt und die jeweilige Wasserstoffausbeute gemessen. Dabei wurden die Einfluss- faktoren Salzgehalt, Spannung, Stromstärke und Temperatur untersucht. Zudem wurden einige Basisfragen geklärt, wie z.B. ob sich die Lösung bei der Elektrolyse (stark) erhitzt. Zur Simulation von Meerwasser wurden Gemische von destilliertem Wasser und Salzen verwendet. Versuche mit Natriumchloridlösungen fanden aufgrund der möglichen Chlorgasentstehung in einer geschlossenen Elektrolysezelle und eingeschränkt unter einem Abzug statt. Als Stromquelle wurde ein 12V Regelnetzteil verwendet, als Elektrolesezelle wurde eine vorgefertigte Zelle genutzt, welche Graphitelektroden besaß. Um die entstehenden Gasmengen zumessen, haben wir oben verschlossene Spritzen über die Elektroden gestülpt (
Versuch 1: Temperatursteigerung und Gasbläschenbildung Experiment 1: Temperature increase and gas bubble formation
Zuerst wurde ein Versuch zur möglichen Temperatursteigerung bei der Elektrolyse durchgeführt. Zudem wurde die Gasbläschenbildung bei der Elektrolyse beobachtet. Für den Versuch wurden 100 ml einer 3,1 %igen Lösung von Natriumchlorid in Wasser mit einer Anfangstemperatur von 21,5 Grad Celsius unter Strom (I = 1A, U = 10V) gesetzt. Es bildeten sich sofort Gasbläschen. Die Temperatur stieg innerhalb der ersten Minute auf 22 Grad Celsius und blieb dann den Rest der Zeit gleich. Der Versuch wurde nach drei Minuten beendet. Sofort endete die Gasbläschenbildung.First, an attempt was made to increase the temperature of electrolysis. In addition, gas bubble formation was observed during electrolysis. For the experiment, 100 ml of a 3.1% solution of sodium chloride in water with an initial temperature of 21.5 degrees Celsius was energized (I = 1A, U = 10V). It formed immediately gas bubbles. The temperature rose within the first minute to 22 degrees Celsius and then remained the same for the rest of the time. The trial ended after three minutes. Immediately the gas bubble formation ended.
Bei einer Wiederholung wurde dieselbe Lösung unter eine Stromstärke von 0,5 Ampere und unter eine Spannung von 8 Volt gesetzt. Es bildeten sich sofort Gasbläschen. Die Temperatur stieg innerhalb der ersten Minute auf 21,8 Grad Celsius und blieb dann den Rest der Zeit gleich. Der Versuch wurde nach drei Minuten beendet. Sofort endete die Gasbläschenbildung. Bei einer dritten Durchführung wurde eine 4,6 %ige Lösung unter eine Stromstärke von 1 Ampere und unter eine Spannung von 10 Volt gesetzt. Es bildeten sich sofort Gasbläschen. Die Temperatur stieg innerhalb der ersten Minute auf 22 Grad Celsius und blieb dann den Rest der Zeit gleich. Der Versuch wurde nach drei Minuten beendet. Sofort endete die Gasbläschenbildung.In one repetition, the same solution was placed under a current of 0.5 amps and under a voltage of 8 volts. It formed immediately gas bubbles. The temperature rose within the first minute to 21.8 degrees Celsius and then remained the same for the rest of the time. The trial ended after three minutes. Immediately the gas bubble formation ended. In a third run, a 4.6% solution was placed under a current of 1 amp and at a voltage of 10 volts. It formed immediately gas bubbles. The temperature rose within the first minute to 22 degrees Celsius and then remained the same for the rest of the time. The trial ended after three minutes. Immediately the gas bubble formation ended.
Folgerung:conclusion:
- • Die Elektrolyse beginnt und endet synchron mit dem Stromfluss.• The electrolysis begins and ends synchronously with the flow of current.
- • Die Temperatur steigt bei der Elektrolyse nur am Anfang und nur geringfügig.• The temperature only rises at the beginning and only slightly at the electrolysis.
- • Anscheinend erhöht sich mit einer höheren Spannung und Stromstärke auch die Wasserstoffausbeute, während der Salzgehalt keine Rolle spielt. Dies muss aber noch in weiteren Versuchen überprüft werden.• Apparently, increasing the voltage and current also increases the hydrogen yield, while the salinity does not matter. But this still has to be checked in further experiments.
Versuch 2: Einfluss der Temperatur auf die WasserstoffausbeuteExperiment 2: Influence of the temperature on the hydrogen yield
Der zweite Versuch sollte zeigen, inwiefern sich unterschiedliche Temperaturen der zu elektrolysierenden Salzlösung auf die Wasserstoffausbeute auswirken. Vier
- • Die Wasserstoffgewinnung verläuft proportional zur Zeit. Es wird immer gleich viel Wasserstoff pro Zeiteinheit produziert.
- • Je höher die Temperatur der Lösung, desto höher die Ausbeute an Wasserstoff.
- • Hydrogen production is proportional to time. It always produces the same amount of hydrogen per unit of time.
- • The higher the temperature of the solution, the higher the yield of hydrogen.
Zu beachten ist hier, dass die Lösung mit 65°C innerhalb der 12 Minuten auf 45°C abgekühlt ist.It should be noted here that the solution at 65 ° C has cooled to 45 ° C within 12 minutes.
Versuch 3: Einfluss der Spannung auf die WasserstoffausbeuteExperiment 3: Influence of the voltage on the hydrogen yield
Um den Einfluss der Spannung auf die Wasserstoffausbeute zu erforschen, wurden drei identische, 3%ige Natriumsulfatlösungen bei einer Stromstärke von 2 Ampere und einer Temperatur von 10°C (um Meerwassertemperaturen zu simulieren) bei Spannungen von 6, 10 und 12 Volt elektrolysiert. Die Wasserstoffausbeute wurde 27 Minuten lang alle drei Minuten aufgezeichnet. Hinweis: Die Menge an Wasserstoff bricht am Ende der Kurve für die 12V-Elektrolyse ein, da die komplette Lösung verbraucht ist und der Wasserstoff entleert wird. Also setzten wir für folgende Versuche mehr Lösung an (
Folgerung:conclusion:
- • Je höher die Spannung, desto höher ist die Wasserstoffausbeute, jedoch ist keine direkte Proportionalität vorhanden.• The higher the voltage, the higher the hydrogen yield, but there is no direct proportionality.
Versuch 4: Einfluss der Stromstärke auf die WasserstoffausbeuteExperiment 4: Influence of the current on the hydrogen yield
Drei identische Lösungen wie aus Versuch
Versuch 5: Einfluss des Salzgehalts auf die WasserstoffausbeuteExperiment 5: Influence of the salt content on the hydrogen yield
Zwei Natriumsulfatlösungen mit Natriumsulfatanteilen von 4,3% und 5,3% wurden bei einer Stromstärke von 2 A und bei einer Spannung von 12 V elektrolysiert und die Wasserstoffproduktion gemessen. Nach
NebenproduktrecyclingBy-product recycling
Bei der Elektrolyse von Meerwasser, in dem hauptsächlich Natriumchlorid gelöst ist, entstehen jedoch nicht wie bei der Elektrolyse von Wasser Sauerstoff und Wasserstoff, sondern auch Natronlauge und Chlorgas:
Dies geschieht zwar nur in geringen Mengen. Jedoch müssen die Natronlauge und das Chlorgas möglichst sauber entfernt werden, am besten ohne die Zuführung von Stoffen. Als Lösung haben wir eine schrittweise Reaktionskette entwickelt, um das Chlor und die Lauge ohne Chloratbildung abzubauen:
- 1. 2H2O + 2NaCl → 2NaOH + Cl2 + H2 Startreaktion: Meerwasserelektrolyse
- 2. H20 + ClH2 → HCl + HClO Reaktion von entstandenem Chlor mit Wasser
- 3. HCl + NaOH → NaCl + H2O Neutralisationsreaktion
- 4. 3HClO → 2HCl + HClO3 Disproportionierung
- 5. HCl + NaOH → NaCl + H2O Neutralisationsreaktion
- 6. 2HClO3 → H2 + Cl2 + 3O2 Zerfallsreaktion
- 1. 2H 2 O + 2NaCl → 2NaOH + Cl 2 + H 2 start reaction: Seawater electrolysis
- 2. H 2 O + ClH 2 → HCl + HClO Reaction of formed chlorine with water
- 3. HCl + NaOH → NaCl + H 2 O neutralization reaction
- 4. 3HClO → 2HCl + HClO 3 disproportionation
- 5. HCl + NaOH → NaCl + H 2 O neutralization reaction
- 6. 2HClO 3 → H 2 + Cl 2 + 3O 2 decomposition reaction
Somit ergibt sich folgende Reaktionsgleichung:
Mithilfe dieser Reaktionen, die allesamt auf diese Art und Weise in der Kette selbstständig reagieren, lässt sich das Chlorgas Schritt für Schritt in Salzsäure überführen, die sofort mit der bei der Reaktion entstehenden Natronlauge reagiert. Somit wird das Chlor wieder in Natriumchlorid gebunden.Using these reactions, which all react independently in this way in the chain, the chlorine gas can be converted step by step into hydrochloric acid, which reacts immediately with the resulting sodium hydroxide solution in the reaction. Thus, the chlorine is again bound in sodium chloride.
EnergiebilanzrechnungEnergy balance calculation
Da die Elektrolyse später großtechnisch auf funktionieren soll, stellt sich die Frage, wie viel Energie die gesamte Reaktionskette (s.o.) benötigen würde und wie viel Wasserstoff ein Windrad pro Jahr erzeugen könnte. Dies lässt sich realisieren, indem man die Reaktionsenthalpie berechnet und mit der Stromproduktion eines Windrads vergleicht:
Aus der erzeugten Menge an Wasserstoff lässt sich berechnen, wie effizient der Prozess des Umwandelns von Strom in Wasserstoff und die anschließende Gewinnung von Strom aus Wasserstoff ist, indem man berechnet, wie viel Strom man aus 83,1 Tonnen Wasserstoff gewinnen kann:
Zu berücksichtigen ist hier, dass dieser Wert aufgrund von unvermeidbaren Energieverlusten bei den Reaktionen eher optimistisch ist. Trotzdem ist er vermutlich relativ hoch und damit als positiv zu beurteilen.It should be noted here that this value is rather optimistic due to unavoidable energy losses in the reactions. Nevertheless, he is probably relatively high and thus to be judged as positive.
Auch wichtig für den Ablauf einer Reaktion ist die Entropie. Zusammen mit der Enthalpie wird die Entropie in der Gibbs-Helmholtz-Gleichung verrechnet: ΔG = HΔ - T ∗ SΔ. Berechnet man dies für die Reaktionskette (→ ΔG = 606,67-278,15∗677 = -187.701), so erhält man ein negatives Ergebnis. Dies bedeutet, dass die Reaktion exergonisch ist und damit freiwillig abläuft (die Temperatur in Kelvin ist hier so gewählt, dass sie der Temperatur des Meereswassers von 5oC entspricht). Dies ist für eine funktionierende Elektrolyse ein wichtiges Ergebnis, da man die Reaktionskette sonst mithilfe von Energie erzwingen müsste.Also important for the course of a reaction is entropy. Together with the enthalpy, the entropy is calculated in the Gibbs-Helmholtz equation: ΔG = HΔ - T * SΔ. If this is calculated for the reaction chain (→ ΔG = 606.67-278.15 * 677 = -187.701), a negative result is obtained. This means that the reaction is exergonic and thus voluntary (the temperature in Kelvin is here chosen to correspond to the temperature of the seawater of 5oC). This is an important result for a functioning electrolysis, since otherwise the reaction chain would have to be forced by means of energy.
Auch zu beachten ist die Gibbs-Helmholtz-Gleichung für die reine Elektrolyse von Wasser, da auch diese stattfindet (die Konzentration von Salzen im Wasser ist relativ gering):
Auch diese Reaktion verläuft exergonisch, da das Ergebnis im negativen Bereich liegt.This reaction is also exergonic, since the result is in the negative range.
Weiterverwendung des WasserstoffsFurther use of hydrogen
Der erzeugte Wasserstoff kann - wie schon am Anfang in der Formulierung der Problematiken erwähnt - auf vielfältige Art und Weise genutzt werden:
- • Durch Verbrennung kann der Wasserstoff wieder in Strom umgewandelt werden, um die Endverbraucher zu versorgen.
- • Durch eine Reaktion kann der Wasserstoff mit Kohlenstoffdioxid reagieren (Sabatier-Prozess). Dabei entstehen Methan und Wasser (CO2+ 4H2 → CH4 + 2H2O). Das Methan kann in das Erdgasnetz eingespeist werden und so zur Beheizung von Haushalten beitragen. Da die Reaktion exotherm ist, kann die entstehende Wärme zusätzlich in Strom umgewandelt werden. Der Wasserstoff lässt sich ohne Umwandlung in Methan in das Erdgasnetz einspeisen, aufgrund seiner Kapazität ist das Erdgasnetz sehr gut für die Aufnahme von Wasserstoff aus regenerativer elektrischer Energie geeignet. [4]
- • • Autos können in Zukunft mit dem Wasserstoff fahren, oder der Wasserstoff kann mithilfe von Prozessen wie dem Sabatier-Prozess in synthetische, CO2-neutrale und energiedichte Treibstoffe für bestehende Verbrennungsmotoren umgewandelt werden.
- • Combustion allows the hydrogen to be converted back into electricity to supply the end user.
- • Through a reaction, the hydrogen can react with carbon dioxide (Sabatier process). This produces methane and water (CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O). The methane can be fed into the natural gas grid and thus contribute to the heating of households. Since the reaction is exothermic, the resulting heat can be additionally converted into electricity. The hydrogen can be fed into the natural gas grid without conversion into methane, because of its capacity, the natural gas network is very well suited for the absorption of hydrogen from renewable electrical energy. [4]
- • Cars can use hydrogen in the future, or the hydrogen can be converted into synthetic, CO 2 -neutral and energy-dense fuels for existing combustion engines using processes such as the Sabatier process.
Auswirkungen unserer Ergebnisse auf die FragestellungEffects of our results on the question
Unsere Ergebnisse zeigen sehr deutlich, dass das Konzept der Meerwasserelektrolyse zur Wasserstoffgewinnung durchaus schlüssig ist. Konkreter zeigt sich zunächst, dass dieses tatsächlich umsetzbar ist, da die entstehenden Abfallprodukte umweltschonend abgebaut werden können. Auch funktioniert die Elektrolyse bereits mit dem im Meer enthaltenen Salzgehalt mit ausreichender Effizienz. Die Effizienz im allgemeinen ist so groß, dass die Umsetzung des Konzepts durchaus attraktiv ist. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch unsere Ergebnisse bewiesen wurde, dass eine weiter Beschäftigung mit dem Thema sehr lohnenswert ist und auf jeden Fall daran weiter gearbeitet werden sollte.Our results show very clearly that the concept of seawater electrolysis for hydrogen production is definitely conclusive. First of all, it is more concrete that this can actually be implemented, since the waste products produced can be degraded in an environmentally friendly manner. Also, the electrolysis already works with the salt content contained in the sea with sufficient efficiency. The efficiency in general is so great that the implementation of the concept is quite attractive. To sum up, our results have proven that further study of the topic is very worthwhile and should definitely be continued.
Ausblick outlook
An unserem Konzept fehlen noch konkrete Pläne für eine mögliche großtechnische Umsetzung. Zudem ist noch unklar wie sich dieses Konzept umweltschonend und kostensparend offshore umsetzen lässt. Folgende Fragen sind noch offen und wir werden versuchen sie in Zukunft zu beantworten:
- • Sollte man die Elektrolyse wirklich im Meer durchführen, oder an Land in Sammelstellen für den Strom? Denn sonst müsste man Anlagen unter jedem Windrad errichten, die Stürmen, Korrosion durch Meerwasser und weiteren extremen Belastungen standhalten müssten.
- • Wie verhält sich die Elektrolyse unter den real am Windrad abfallenden Spannung und Stromstärke, da diese erheblich größer als es in einem Schülerexperiment normalerweise darstellbar sind?
- • Welches Material ist für die benötigten Elektroden am besten geeignet? Die Elektroden müssten bei geringer Abnutzung eine effiziente Elektrolyse ermöglichen, sowie sich nicht in umweltschädliche Stoffe auflösen.
- • Der Aufbau der Elektrolysezelle ist unklar, möglicherweise wäre ein Kammersystem oder Membranen sinnvoll.
- • Es gibt einen Konflikt bei der Wassertemperatur, während für die Elektrolyse eine erhöhte Temperatur über der natürlichen Temperatur des Meerwassers der Ostsee optimal wäre, ist eine stark erhöhte Temperatur für das Ökosystem Meer potentiell sehr schädlich. Es muss hier also ein futer Mittelwert gefunden werden.
- • Uns ist die physikalische Löslichkeit von Gasen, insbesondere von Wasserstoff und Sauerstoff, nicht entgangen. Jedoch hatten wir bisher keine Gelegenheit, deren Einfluss experimentell oder rechnerisch zu bestimmen.
- • Während der Elektrolyse insbesondere bei den Zerfallsreaktionen, entsteht ein gewisses Risiko, da einige Stoffe und Prozesse ein Explosionsrisiko in sich tragen und vor einer möglichen Zulassung zum tatsächlichen Einsatz müssen jegliche Zweifel an der Sicherheit ausgeräumt werden.
- • Die Gewährleistung das kein umwelt- und gesundheitsschädliches Chlorgas austritt muss ebenso gegeben sein, wie die Sicherheit, dass die Reaktion zum Abbau von diesem immer wie gewollt abläuft.
- • Eine Übersäuerung des Meeres muss auf alle Fälle verhindert werden, daher muss auch hier die Sicherheit der Abbaureaktion gewährleistet sein
- • Der Zustand des verwendeten Meerwassers ist ebenfalls fraglich, denn neben dem erwünschten Salzen enthält das Meerwasser weitere unerwünschte Bestandteile, wie Algen und Müll, welche die Elektrolyse negativ beeinflussen könnten. Ihr Einfluss muss genauer untersucht werden und eventuelle Lösungen wie Filter müssen gefunden werden.
- • Die genaue Effizienz der Anlage ist sehr schwer zu bestimmen, da es viele Faktoren gibt, die das Ergebnis beeinflussen, Hierbei sollte auch über mögliche Verbesserungen wie Katalysatoren nachgedacht werden.
- • Die Frage nach dem Transport des Wasserstoffs ist ebenso ungeklärt, eine Einspeisung ins Erdgasnetz ist ebenso möglich, wie der Transport über ein eigenes Piplinesystem, hierbei stellt sich die Frage ob der Wasserstoff verflüssigt oder gasförmig transportiert werden sollte.
- • Die weitere Nutzung des Wasserstoffs wäre ein weiteres Forschungsfeld von großem Interesse.
- • Für wasserarme Regionen bietet sich die Möglichkeit aus dem Wasserstoff Trinkwasser zu gewinnen.
- • Should the electrolysis really be carried out in the sea, or on land in collection points for the electricity? Because otherwise you would have to build facilities under each wind turbine, the storms, corrosion by sea water and other extreme loads would have to withstand.
- • How does the electrolysis behave below the real voltage and current dropping at the wind turbine, since these are much larger than can normally be seen in a student experiment?
- • Which material is best for the required electrodes? The electrodes would have to allow for low wear an efficient electrolysis, as well as not dissolve in environmentally harmful substances.
- • The structure of the electrolysis cell is unclear, possibly a chamber system or membranes would make sense.
- • There is a conflict in the water temperature, whereas for the electrolysis an elevated temperature above the natural temperature of the seawater of the Baltic Sea would be optimal, a high elevated temperature for the marine ecosystem is potentially very harmful. It must be found here so a herd average.
- • We have not missed the physical solubility of gases, especially of hydrogen and oxygen. However, so far we have had no opportunity to determine their influence experimentally or by calculation.
- • During electrolysis, especially in the case of decomposition reactions, there is a certain risk, as some substances and processes carry a risk of explosion, and prior to possible approval for actual use, any doubts about safety must be eliminated.
- • The guarantee that no chlorine gas harmful to the environment and health must be given, as well as the certainty that the reaction to dismantle this always runs as intended.
- • Acidification of the sea must be prevented in any case, therefore, the safety of the degradation reaction must be guaranteed here
- • The state of the seawater used is also questionable, because in addition to the desired salts, the seawater contains other undesirable components, such as algae and garbage, which could adversely affect the electrolysis. Their influence needs to be investigated more closely and possible solutions such as filters have to be found.
- • The exact efficiency of the plant is very difficult to determine, as there are many factors that influence the outcome, and consideration should be given to possible improvements such as catalysts.
- • The question of the transport of hydrogen is just as unclear, a feed into the natural gas network is just as possible as the transport via its own Piplinesystem, this raises the question of whether the hydrogen should be liquefied or gaseous transported.
- • Further use of hydrogen would be another field of research of great interest.
- • For water-scarce regions, it is possible to extract hydrogen from drinking water.
Dies sind alles Fragen, die sich stellen und die beantwortet werden müssen, bevor man alle Offshore-Windkraftanlagen in der Nordsee mit diesem System ausstatten kann. Somit werden diese Fragen voraussichtlich unsere weitere Forschung prägen.These are all questions that have to be answered and answered before you can equip all offshore wind turbines in the North Sea with this system. Thus, these questions are likely to shape our further research.
Zur Beantwortung dieser Fragen und um der Realisierung unserer Idee näher zu kommen, haben wir Kontakt mit einigen Industrieunternehmen aufgenommen.To answer these questions and to get closer to realizing our idea, we have contacted some industrial companies.
Wir wollen zudem noch viele weitere Elektrolysen mithilfe einer neu angeschafften Meersalzmischung durchführen, um die oben genannten Fragen mithilfe von möglichst vielen, realistischen Daten zumindest teilweise beantworten zu können. Auch streben wir zum Schutz unserer Idee eine Patent- und/oder Gebrauchsmusteranmeldung an. Unser Projekt ist also noch lange nicht beendet und wir werden weiter daran arbeiten.We also want to carry out many more electrolyses with the help of a newly acquired sea salt mixture in order to be able to answer the above-mentioned questions at least partially using as many realistic data as possible. We also aim for a patent and / or utility model application to protect our idea. So our project is far from finished and we will continue to work on it.
DanksagungenAcknowledgments
Wir danken Herr Doktor Ostertag und Herrn Bernstein für die Betreuung und Leitung der Jugend forscht-AG, sowie Frau Doktor Munioz für ihre fachliche Unterstützung. Zudem geht ein besonderer Dank an Linde für die Kontaktherstellung.We thank Dr. Ostertag and Mr. Bernstein for the care and guidance of the Jugend forscht-AG, as well as Dr. Munioz for their technical support. In addition, special thanks go to Linde for the contact production.
Literaturliterature
- [1] Unbekannt. Windstrom löst sich in luft auf - verbraucher zahlen trotzdem. Technical report, Vernunftkraft, 2016.[1] unknown. Wind power dissolves in the air - consumers still pay. Technical report, rationality, 2016.
- [2] Thorsten Zoerner. Entwicklung der netzverluste in deutschland. Technical report, Proteus Solutions, 2013.[2] Thorsten Zoerner. Development of grid losses in Germany. Technical report, Proteus Solutions, 2013.
- [3] Annika Grah. Synthetische kraftstoffe hoffnungsträger für ein auslaufmodell. Technical report, Spiegel, 2016.[3] Annika Grah. Synthetic fuels hope for a phased-out model. Technical report, Mirror, 2016.
- [4] M. Eng. Jens Hüttenrauch and Dipl.-Ing. (FH) Gert Müller-Syring. Zumischung von wasserstoff zum erdgas. GAT Newasletter, 2010.[4] M. Eng. Jens Hüttenrauch and Dipl.-Ing. (FH) Gert Müller-Syring. Admixture of hydrogen to natural gas. GAT Newasletter, 2010.
- [5] Joachim Strähle and Eberhard Schweda. Einführung in das anorganischchemische Praktikum (einschl. der quantitativen Analyse). Hirzel S. Verlag, 2005.[5] Joachim Strähle and Eberhard Schweda. Introduction to the inorganic chemistry internship (including quantitative analysis). Hirzel S. Verlag, 2005.
- [6] Arnold Fr. Holleman and Egon Wiberg. Lehrbuch der Anorganischen Chemie. deGruyter, 1995.[6] Arnold Fr. Holleman and Egon Wiberg. Textbook of Inorganic Chemistry. deGruyter, 1995.
- [7] IRENA. Zusammenfassung perspektiven erneuerbarer energien: Deutschland. Technical report, Irena, 2015.[7] IRENA. Summary perspectives of renewable energies: Germany. Technical report, Irena, 2015.
- [8] Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik. Entwicklung der erneuerbaren energien in deutschland im 1. halbjahr 2016. Technical report, Umwelt Bundesamt, 2016.[8] Working Group Renewable Energy Statistics. Development of renewable energies in Germany in the first half of 2016. Technical report, Federal Environment Agency, 2016.
- [9] Prof. Dr. Bruno Burger. Stromerzeugung in deutschland im jahr 2016. Technical report, Frauenhofer-Institut für solare Energiesysteme, 2017.[9] Prof. dr. Bruno Burger. Electricity generation in Germany in 2016. Technical report, Frauenhofer Institute for Solar Energy Systems, 2017.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4123054A1 (en) * | 2021-07-19 | 2023-01-25 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Offshore wind turbine with a fluid supply assembly comprising a cleaning unit |
-
2017
- 2017-02-10 DE DE102017001257.1A patent/DE102017001257A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4123054A1 (en) * | 2021-07-19 | 2023-01-25 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Offshore wind turbine with a fluid supply assembly comprising a cleaning unit |
US11926910B2 (en) | 2021-07-19 | 2024-03-12 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Offshore wind turbine with a fluid supply assembly comprising a cleaning unit |
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