DE102018202608A1

DE102018202608A1 - Method and apparatus for producing a metal material as energy storage using an electrolyzer

Info

Publication number: DE102018202608A1
Application number: DE102018202608.4A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Berner; Markus Widenmeyer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-02-21
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2019-08-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Metallmaterials 105 unter Verwendung eines Elektrolyseurs 135, wobei das Verfahren einen ersten Schritt des Bereitstellens eines Metalloxids 110 umfasst. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Bewirkens, bei dem eine Reduktion des Metalloxids 110 unter Verwendung von Wasserstoff 115 und solarthermischer Energie 120 bewirkt wird, um das Metallmaterial 105 zu erzeugen. Schließlich umfasst das Verfahren einen Schritt des Erzeugens, bei dem Wasserstoff 115 unter Verwendung von Wasser 140 und elektrischer Energie 145 erzeugt wird, wobei das Wasser 140 eine bei der Reduktion des Metalloxids 110 erhaltene thermische Energie enthält.The invention relates to a method for producing a metal material 105 using an electrolyzer 135, the method comprising a first step of providing a metal oxide 110. Further, the method includes a step of causing a reduction of the metal oxide 110 using hydrogen 115 and solar thermal energy 120 to produce the metal material 105. Finally, the method comprises a step of generating, wherein hydrogen 115 is generated using water 140 and electrical energy 145, wherein the water 140 contains a thermal energy obtained in the reduction of the metal oxide 110.

Description

Stand der TechnikState of the art

Der Ansatz geht von einem Verfahren und einer Erzeugungsvorrichtung_nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.The approach is based on a method and a generating device according to the preamble of the independent claims. The subject of the present invention is also a computer program.

Es lässt sich Eisen als Quasi-Wasserstoffspeicher effizient verwenden. Wasserstoff kann Eisenoxide zu metallischem Eisenpulver oder ganz allgemein metallmaterial reduzieren und dieses kann mit Wasserdampf wieder zu Wasserstoff und Eisenoxid umgesetzt werden. Sowohl eine Hin- als auch die Rückreaktion laufen unter gut beherrschbaren Bedingungen und bei Temperaturen von z. B. 500 bis 800°C ab.Iron can be used efficiently as a quasi-hydrogen storage. Hydrogen can reduce iron oxides to metallic iron powder or, more generally, metal material and this can be re-converted to hydrogen and iron oxide with water vapor. Both a forward and the reverse reaction run under well-controlled conditions and at temperatures of z. B. from 500 to 800 ° C from.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Erzeugen eines Metallmaterials als Energiespeicher unter Verwendung eines Elektrolyseurs, weiterhin eine Erzeugervorrichtung, die dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, with the approach presented here, a method for producing a metal material as energy storage using an electrolyzer, furthermore a generator device which uses this method, and finally a corresponding computer program according to the main claims are presented. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim device are possible.

Die Prozesse einer Metalloxidreduktion wie beispielsweise einer Eisenoxidreduktion und einer Wasserelektrolyse werden unter Verwendung eines Elektrolyseurs, der mit gasförmigem Wasser betrieben wird, thermisch gekoppelt, wodurch höhere Elektrolysewirkungsgrade möglich sind.The processes of metal oxide reduction such as iron oxide reduction and water electrolysis are thermally coupled using an electrolyzer operated with gaseous water, whereby higher electrolysis efficiencies are possible.

Es wird ein Verfahren zum Erzeugen eines Metallmaterials (beispielsweise als Energiespeicher) unter Verwendung eines Elektrolyseurs vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

Bereitstellen von zumindest einem Metalloxid;
Bewirken einer Reduktion des Metalloxids unter Verwendung von Wasserstoff und solarthermischer Energie, um das Metallmaterial zu erzeugen; und
Erzeugen von Wasserstoff unter Verwendung von Wasser und elektrischer Energie, wobei das Wasser eine bei Reduktion des Metalloxids erhaltene thermische Energie enthält.

A method is presented for producing a metal material (for example as an energy store) using an electrolyzer, the method comprising the following steps:

Providing at least one metal oxide;
Causing reduction of the metal oxide using hydrogen and solar thermal energy to produce the metal material; and
Generating hydrogen using water and electrical energy, the water containing a thermal energy obtained upon reduction of the metal oxide.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.

Bei einem Metallmaterial kann es sich um ein entsprechend reines Metallmaterial oder Metallmischungen, beispielsweise Eisen oder Zink, handeln. Beispielsweise kann das Metallmaterial als Metallpulver hergestellt oder erzeugt werden. Bei einem Elektrolyseur kann es sich um eine Einrichtung handeln, in der mit Hilfe elektrischen Stromes eine elektrochemische Reaktion, also eine Stoffumwandlung, herbeigeführt wird: Es findet eine Elektrolyse statt. Bei einem Metalloxid kann es sich um eine chemische Verbindung des Metallmaterials mit Sauerstoff handeln. Bei der genannten Reduktion handelt es sich beispielsweise um eine endotherme Reaktion, bei der Sauerstoff aus dem Metalloxid entfernt wird, um das Metallmaterial zu erhalten. Die benötigte Wärme für die Reduktion kann unter Verwendung einer solarthermischen Energie bewirkt werden, die eine Temperatur in einem Medium, beispielsweise dem Metalloxid zwischen 500°C und 1200°C, insbesondere zwischen 500°C und 800°C generiert. Bei dem Wasserstoff kann es sich um molekularen Wasserstoff, kurz H₂, handeln. A metal material may be a correspondingly pure metal material or mixtures of metals, such as iron or zinc. For example, the metal material may be made or produced as a metal powder. An electrolyzer may be a device in which an electrochemical reaction, that is, a transformation of the substance, is brought about with the aid of electric current. An electrolysis takes place. A metal oxide may be a chemical compound of the metal material with oxygen. For example, the above reduction is an endothermic reaction in which oxygen is removed from the metal oxide to obtain the metal material. The heat required for the reduction can be effected using solar thermal energy which generates a temperature in a medium, for example the metal oxide, between 500 ° C and 1200 ° C, in particular between 500 ° C and 800 ° C. The hydrogen may be molecular hydrogen, H _{2 for} short.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Bereitstellens als das Metalloxid ein Eisenoxid, beispielsweise Fe₃O₄ bereitgestellt werden. Metallisches Eisenpulver, kurz (Fe), welches sich hierdurch bei der Reduktion erhalten lässt, eignet sich hierbei hervorragend als Energiespeicher.According to one embodiment, in the step of providing as the metal oxide, an iron oxide, for example, Fe ₃ O _{4 may be} provided. Metallic iron powder, short (Fe), which can thereby be obtained in the reduction, is ideally suited as energy storage.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Erzeugens dem Hochtemperatur-Elektrolyseur gasförmiges Wasser zugeführt werden. Hierbei wird eine Energieeffizienz des hier vorgestellten Ansatzes erreicht, die einem Wirkungsgrad höher als 90% entsprechen kann.According to one embodiment, gaseous water may be supplied to the high temperature electrolyzer in the step of generating. In this case, an energy efficiency of the approach presented here is achieved, which can correspond to an efficiency higher than 90%.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Bewirkens Wasser bei der Reduktion des Metalloxids erhalten werden, wobei das bei der Reduktion des Metalloxids erhaltene (beispielsweise gasförmige) Wasser im Schritt des Erzeugens zum Erzeugen des Wasserstoffs genutzt wird. Der dabei entstandene Wasserstoff kann bereits auf einem hohen Temperaturniveau abgegeben und erneut der Metalloxid-Reduktion zugeführt werden. Der Gesamtwirkungsgrad der Wasserstoffspeicherung steigt hierbei ebenfalls, da nur Prozessabwärme oder sogar Nebenprodukte genutzt werden.According to one embodiment, in the step of effecting, water may be obtained in the reduction of the metal oxide, wherein the (for example gaseous) water obtained in the reduction of the metal oxide is used in the step of generating to generate the hydrogen. The resulting hydrogen can be released already at a high temperature level and fed again to the metal oxide reduction. The overall efficiency of hydrogen storage also increases as only process waste heat or even by-products are used.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Erzeugens Wasserstoff erzeugt werden, wobei der Elektrolyseur zur Bereitstellung des Wasserstoffs Wasserdampf bei einer Temperatur zwischen 500°C und 800°C und/oder unter einem Druck von 1 bis 25 Bar aufspaltet. Ein solches Elektrolyseverfahren ist zum Herstellen von Wasserstoff hervorragend geeignet. Das Elektrolyseverfahren kann beispielsweise unter Verwendung von Photovoltaik-Strom, das heißt, mittels einer Energie, die mittels zumindest eines Photovoltaikmoduls generiert wurde, ausführbar sein oder ausgeführt werden. So können das Elektrolyseverfahren und das dem Ansatz zugrundeliegende Verfahren zum Erzeugen eines Metallmaterials unter Verwendung von thermischer Sonnenenergie gleichzeitig bzw. parallel ausführbar sein.According to one embodiment, hydrogen may be generated in the step of generating, wherein the electrolyzer for splitting the hydrogen splits water vapor at a temperature between 500 ° C and 800 ° C and / or under a pressure of 1 to 25 bar. Such an electrolysis process is eminently suitable for the production of hydrogen. The electrolysis process can be carried out, for example, by using photovoltaic current, that is, by means of energy generated by means of at least one photovoltaic module has been generated, executable or be executed. Thus, the electrolysis process and the approach underlying the approach for producing a metal material using thermal solar energy may be simultaneously executed in parallel.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Bewirkens solarthermische Energie aus einer Kollektoreinrichtung verwendet werden, insbesondere wobei die Kollektoreinrichtung zumindest einen Parabolspiegel und/oder einen Flachspiegel und/oder einen Solarturm aufweist. Eine Kollektoreinrichtung schafft eine effizient realisierbare Möglichkeit, dem Verfahren solarthermische Energie hinzuzufügen. Bei der Kollektoreinrichtung kann es sich um eine Einrichtung handeln, die dazu ausgebildet ist, um Sonnenenergie unter Verwendung von beispielsweise Spiegeln oder Reflektoren zu sammeln oder zu bündeln. Besonders Parabolspiegel und/oder Flachspiegel und/oder ein Solarturm sind zum Hinzuführen von solarthermischer Energie, die die erforderlichen hohen Temperaturen repräsentiert, geeignet und benötigen dabei vorteilhafterweise lediglich eine geringe Fläche. Insbesondere der genannte Solarturm ermöglicht Temperaturen von mehreren 1000°C.According to one embodiment, in the step of effecting, solar thermal energy can be used from a collector device, in particular wherein the collector device has at least one parabolic mirror and / or a flat mirror and / or a solar tower. A collector device provides an efficiently feasible way to add solar thermal energy to the process. The collector device may be a device that is designed to collect or bundle solar energy using, for example, mirrors or reflectors. Particularly parabolic mirrors and / or flat mirrors and / or a solar tower are suitable for introducing solar thermal energy, which represents the required high temperatures, and advantageously require only a small area. In particular, said solar tower allows temperatures of several 1000 ° C.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Erzeugens photovoltaisch erzeugte Energie als elektrische Energie zugeführt werden. Zumindest die Energie zum Ausführen des Elektrolyseverfahrens zum Erzeugen des Wasserstoffs kann somit sehr effizient bereitgestellt werden, insbesondere in geografischen Bereichen, in denen die Sonnenenergie im Überfluss und technisch einfach nutzbar vorhanden ist.According to one embodiment, photovoltaically generated energy can be supplied as electrical energy in the step of generating. At least the energy for carrying out the electrolysis process for generating the hydrogen can thus be provided very efficiently, in particular in geographical areas where solar energy is abundant and technically easy to use.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Erzeugens das erzeugte Metallmaterial zum Verdampfen des Wassers im Wärmetauscher verwendet werden insbesondere wobei heißes Metallmaterial abgekühlt wird. Der Wärmetauscher kann die thermische Energie des Wasserdampfes vorteilhaft wiederverwenden indem im Wärmetauscher ein Wärmeüberträgermedium verwendet wird, das die Wärme des Metallmaterials aufnimmt und die aufgenommene Wärme an das Wasser im Wärmetauscher abgibt.According to one embodiment, in the step of generating, the generated metal material may be used to evaporate the water in the heat exchanger, in particular wherein hot metal material is cooled. The heat exchanger can advantageously reuse the thermal energy of the water vapor by using a heat transfer medium in the heat exchanger which absorbs the heat of the metal material and releases the absorbed heat to the water in the heat exchanger.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Erzeugens externes Speisewasser als Wasser im Wärmetauscher verwendet werden. Als Speisewasser wird Wasser bezeichnet, das in einem Speisewasserbehälter vorgehalten wird und dem Wärmetauscher kontinuierlich zugespeist wird. Das Speisewasser wird so aufbereitet, dass für das Verfahren schädliche Bestandteile des Wassers entfernt oder in Stoffe umgesetzt werden, die keine nachteilige Wirkung auf den Verfahrensablauf haben. Hierdurch können bei der Wasserstoffgewinnung auftretende Verluste kompensiert werden, sodass ständig eine ausreichende Wassermenge zur Verfügung steht.According to one embodiment, in the step of generating external feedwater may be used as water in the heat exchanger. As feed water is called water, which is kept in a feedwater tank and the heat exchanger is continuously fed. The feed water is treated so that harmful to the process components of the water are removed or converted into substances that have no adverse effect on the process. As a result, losses occurring in the hydrogen production can be compensated, so that a sufficient amount of water is constantly available.

Gemäß einer Ausführungsform kann es sich im Schritt des Erzeugens als Wärmeüberträgermedium ein Edelgas, Stickstoff oder Wasserstoff verwendet wird. Diese inerten Gase nehmen die Wärme des Metallmaterials durch einen direkten Kontakt auf, wobei dieser Vorgang beispielsweise in einer Gegenstromführung erfolgen kann.According to one embodiment, a noble gas, nitrogen or hydrogen may be used as the heat transfer medium in the step of generating. These inert gases absorb the heat of the metal material through a direct contact, this process can be done for example in a countercurrent flow.

Eine Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines Metallmaterials als Energiespeicher ist eingerichtet, um Schritte des vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einheiten auszuführen und/oder anzusteuern.A generating device for producing a metal material as an energy store is set up to execute and / or control steps of the presented method in corresponding units.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines Metallmaterials (beispielsweise als Energiespeicher), die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante des Ansatzes in Form einer Erzeugungsvorrichtung kann die dem Ansatz zugrundeliegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The approach presented here also creates a generating device for producing a metal material (for example as an energy store), which is designed to carry out, to control or to implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices. Also by this embodiment of the approach in the form of a generating device, the approach underlying the approach can be solved quickly and efficiently.

Auch schafft der hier vorgestellte Ansatz eine Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines Metallmaterials, wobei die Erzeugungsvorrichtung die folgenden Merkmale aufweist:

eine Reduktionseinrichtung zum Reduzieren von Metalloxid unter Verwendung von Wasserstoff und solarthermischer Energie, um das Metallmaterial zu erzeugen; und
einen Elektrolyseur zur Erzeugung von Wasserstoff unter Verwendung von Wasser und elektrischer Energie, wobei das Wasser eine bei Reduktion des Metalloxids in der Reduktionseinrichtung erhaltene thermische Energie enthält.

Also, the approach presented here creates a generating device for producing a metal material, wherein the generating device has the following features:

a reduction device for reducing metal oxide using hydrogen and solar thermal energy to produce the metal material; and
an electrolyzer for generating hydrogen using water and electrical energy, wherein the water contains a thermal energy obtained upon reduction of the metal oxide in the reduction device.

Zusätzlich kann beispielsweise auch noch eine Bereitstellungseinheit vorgesehen sein, um zumindest ein Metalloxid bereitzustellen.In addition, for example, a provision unit may also be provided in order to provide at least one metal oxide.

Hierzu kann die Erzeugungsvorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.For this purpose, the generating device can be at least one computing unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading sensor signals from the sensor or for outputting data or control signals to the Actuator and / or at least one communication interface for reading or outputting data embedded in a communication protocol. The arithmetic unit may, for example, a signal processor, a Microcontroller or the like, wherein the storage unit may be a flash memory, an EPROM or a magnetic storage unit. The communication interface can be designed to read or output data wirelessly and / or by line, wherein a communication interface which can read or output line-bound data, for example, electrically or optically read this data from a corresponding data transmission line or output in a corresponding data transmission line.

Unter einer Erzeugungsvorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Erzeugungsvorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Erzeugungsvorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a generating device can be understood to mean an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The generating device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based embodiment, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which includes a wide variety of functions of the generation device. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt durch die Erzeugungsvorrichtung eine Steuerung einer Reduktion eines Metalloxids zum Erzeugen eines Metallmaterials als Energiespeicher. Eine Ansteuerung der Erzeugungsvorrichtung erfolgt über Aktoren wie zumindest eine Redu ktionseinrichtung.In an advantageous embodiment, the production device controls a reduction of a metal oxide to produce a metal material as an energy store. A control of the generating device via actuators such as at least one Redu ctionseinrichtung.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially when the program product or program is executed on a computer or a device.

Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Ansicht einer Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines Metallmaterials als Energiespeicher unter Verwendung eines Elektrolyseurs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 einen schematischen Systemablauf eines Verfahrens zum Erzeugen eines Metallmaterials als Energiespeicher unter Verwendung eines Elektrolyseurs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 einen schematischen Systemablauf einer Variante eines Verfahrens zum Erzeugen eines Metallmaterials als Energiespeicher unter Verwendung eines Elektrolyseurs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 einen schematischen Systemablauf einer Variante eines Verfahrens zum Erzeugen eines Metallmaterials als Energiespeicher unter Verwendung eines Elektrolyseurs gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
5 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Erzeugen eines Metallmaterials als Energiespeicher unter Verwendung eines Elektrolyseurs gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Embodiments of the approach presented here are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:

1 a schematic view of a generating device for producing a metal material as energy storage using an electrolyzer according to an embodiment;
2 a schematic system flow of a method for producing a metal material as energy storage using an electrolyzer according to an embodiment;
3 a schematic system flow of a variant of a method for producing a metal material as energy storage using an electrolyzer according to an embodiment;
4 a schematic system flow of a variant of a method for producing a metal material as energy storage using an electrolyzer according to an embodiment; and
5 a flowchart of an embodiment of a method for producing a metal material as energy storage using an electrolyzer according to an embodiment.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, with a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt eine Erzeugungsvorrichtung 100 zum Erzeugen eines Metallmaterials 105 als Energiespeicher unter Verwendung eines Elektrolyseurs 135 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Erzeugungsvorrichtung 100 ist dazu ausgebildet, um unter Verwendung eines Metalloxids 110, Wasserstoff 115 und solarthermischer Energie 120 eine Reduktion des Metalloxids 110 zu bewirken, um das Metallmaterial 105 zu erzeugen. 1 shows a generating device 100 for producing a metal material 105 as energy storage using an electrolyzer 135 according to an embodiment. The generating device 100 is designed to be made using a metal oxide 110 , Hydrogen 115 and solar thermal energy 120 a reduction of the metal oxide 110 to cause the metal material 105 to create.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Erzeugungsvorrichtung 100 eine Bereitstelleinrichtung 125, eine Reduktionseinrichtung 130 und den Elektrolyseur 135. Die Bereitstelleinrichtung 125 ist dazu ausgebildet, das Metalloxid 110, bei dem es sich gemäß einem Ausführungsbeispiel um Eisenoxid wie beispielsweise Fe₃O₄ handelt, bereitzustellen. Die Reduktionseinrichtung 130 ist ausgebildet, um unter Verwendung des Wasserstoffs 115 und solarthermischer Energie 120 eine Reduktion des Eisenoxids (Fe₃O₄ ) zu bewirken, um das Metallmaterial 105, bei dem es sich gemäß einem Ausführungsbeispiel um Eisen (Fe) handelt, zu erzeugen. Das Eisen (Fe), das gemäß einem Ausführungsbeispiel in Pulverform vorliegt, kann beliebig lange bei Umgebungstemperatur, beispielsweise in einem Speicher 137, gespeichert und bei Bedarf zur Wasserspaltung bei einer Temperatur zwischen 500°C und 800°C verwendet werden. Das Wasser 140, das bei der Reduktion des Eisenoxids (Fe₃O₄) gewonnen wurde, weist eine erhaltene thermische Energie auf und liegt somit gasförmig vor: Fe₂O₃ + 3 H₂ →2 Fe + 3 H₂O According to this embodiment, the generating device 100 a provisioning device 125 , a reduction device 130 and the electrolyzer 135 , The provisioning device 125 is designed to be the metal oxide 110 which, according to one embodiment, is iron oxide such as Fe ₃ O ₄ . The reduction device 130 is designed to be using the hydrogen 115 and solar thermal energy 120 a reduction of the iron oxide ( Fe ₃ O ₄ ) to cause the metal material 105 which, according to one embodiment, is iron (Fe). The iron (Fe), which according to one embodiment is in powder form, can be stored at ambient temperature, for example in a store, for as long as desired 137 , stored and used if necessary for water splitting at a temperature between 500 ° C and 800 ° C. The water 140 , which was obtained in the reduction of the iron oxide (Fe ₃ O ₄ ) shows an obtained thermal energy and is thus present in gaseous form: Fe ₂ O ₃ + 3 H ₂ → 2 Fe + 3 H ₂ O

Der Elektrolyseur 135 ist dazu ausgebildet, um unter Verwendung des gasförmig vorliegenden Wassers 140 und elektrischer Energie 145 Wasserstoff 115 zu erzeugen. Der zur Oxidation des Eisenpulvers nötige Sauerstoff wird dem Wasser 140 entzogen, wobei das Wasser 140 folglich in Wasserstoff 115 und Sauerstoff 150 aufgespaltet wird. Der bei dem Elektrolyseverfahren entstandene Sauerstoff 150 kann nun für andere Zwecke genutzt werden und das entstandene Eisenoxid (Fe₃O₄) kann erneut zum Erzeugen eines Metallmaterials 105 als Energiespeicher verwendet werden: 3 Fe + 4 H₂O →Fe₃O₄ + 4 H₂ The electrolyzer 135 is designed to be using the gaseous water 140 and electrical energy 145 hydrogen 115 to create. The oxygen necessary for the oxidation of the iron powder becomes the water 140 deprived, taking the water 140 consequently in hydrogen 115 and oxygen 150 is split. The resulting in the electrolysis process oxygen 150 can now be used for other purposes and the resulting iron oxide (Fe ₃ O ₄ ) can again to produce a metal material 105 used as energy storage: 3 Fe + 4 H ₂ O → Fe ₃ O ₄ + 4 H ₂

Die Erzeugungsvorrichtung 100 ermöglicht somit einen indirekten Wasserstoffspeicher in Form des Metallmaterials 105 unter Nutzung solarthermischer Energie 120. Anders ausgedrückt ermöglicht die Erzeugungsvorrichtung 100 die Lösung der Aufgabe, thermische Energie im Bereich von 500°C bis 800°C und/oder unter einem Druck von 1 bis 25 Bar, für einen Quasi-Wasserstoffspeicher aus Metallmaterial 105 und/oder Metalloxid 110, energetisch günstig bereitzustellen.The generating device 100 thus allows an indirect hydrogen storage in the form of the metal material 105 using solar thermal energy 120 , In other words, the generating device allows 100 the solution of the problem, thermal energy in the range of 500 ° C to 800 ° C and / or under a pressure of 1 to 25 bar, for a quasi-hydrogen storage of metal material 105 and / or metal oxide 110 to provide energy at low cost.

Eine Oxidation des Metalls 105 (beispielsweise aus dem Speicher 137) zurück zum Metalloxid 110 kann (optional) mit Wasser 140 in der Reduktionseinrichtung 130 erfolgen. Als Produkt entsteht Wasserstoff und Metalloxid, insbesondere Eisenoxid.An oxidation of the metal 105 (for example, from memory 137 ) back to the metal oxide 110 can (optional) with water 140 in the reduction device 130 respectively. The product formed is hydrogen and metal oxide, in particular iron oxide.

2 zeigt einen schematischen Systemablauf 200 eines Verfahrens zum Erzeugen eines Metallmaterials 105 als Energiespeicher unter Verwendung eines Elektrolyseurs 135 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Systemablauf 200 die Reduktionseinrichtung 130, den Elektrolyseur 135, eine Kollektoreinrichtung 210, und eine Photovoltaikeinrichtung 220. 2 shows a schematic system flow 200 a method of producing a metal material 105 as energy storage using an electrolyzer 135 according to an embodiment. According to this embodiment, the system flow includes 200 the reduction device 130 , the electrolyser 135 , a collector device 210 , and a photovoltaic device 220 ,

Gezeigt ist in 2 eine Wasserstoffproduktion an einem sonnenreichen Standort in Form der Photovoltaikeinrichtung 220 und des Elektrolyseurs 135 sowie eine Reduktion von Eisenoxid (Fe₃O₄) unter Verwendung des Wasserstoffs 115 in der Reduktionseinrichtung 130 unter Verwendung der solarthermischen Energie 120 aus der Kollektoreinrichtung 210.Shown is in 2 a hydrogen production in a sunny location in the form of the photovoltaic device 220 and the electrolyzer 135 and a reduction of iron oxide (Fe ₃ O ₄ ) using the hydrogen 115 in the reduction device 130 using solar thermal energy 120 from the collector device 210 ,

Die Kollektoreinrichtung 210 umfasst gemäß diesem Ausführungsbeispiel drei Parabolspiegel 225 und einen Solarturm 230. In großen Skalen sind Solartürme 230 hilfreich, die punktuell Temperaturen von mehreren 1000°C ermöglichen. Die Parabolspiegel 225 sind dazu ausgebildet, um die solarthermische Energie 120 der Reduktionseinrichtung 130 zuzuführen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Reduktionseinrichtung 130 in dem Solarturm 230 angeordnet.The collector device 210 comprises three parabolic mirrors according to this embodiment 225 and a solar tower 230 , In large scales are solar towers 230 helpful, which allow temperatures of several 1000 ° C. The parabolic mirrors 225 are trained to use the solar thermal energy 120 the reduction device 130 supply. According to this embodiment, the reduction device 130 in the solar tower 230 arranged.

Die Photovoltaikeinrichtung 220 ist dazu ausgebildet dem Elektrolyseur 135 photovoltaisch erzeugte Energie in Form von elektrischer Energie zuzuführen, sodass der Elektrolyseur 135 das Elektrolyseverfahren durchführen kann.The photovoltaic device 220 is designed for the electrolyzer 135 to supply photovoltaically generated energy in the form of electrical energy, so that the electrolyzer 135 can perform the electrolysis process.

Der Elektrolyseur 135 ist dazu ausgebildet, um unter Verwendung von gasförmigen Wasser 140 den Wasserstoff 115 zu erzeugen und diesen Wasserstoff 115 für die Reduktionseinrichtung 130 bereitzustellen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird zur Reduktion als das Metalloxid 110 ein Eisenoxid (Fe₃O₄) verwendet, wodurch in der Reduktionseinrichtung 130 das Eisenoxid (Fe₃O₄) unter Verwendung des Wasserstoffs 115 und der solarthermischen Energie 120 reduziert wird und als das Metallmaterial 105 Eisen (Fe) erzeugt wird. Das Eisen (Fe) kann insbesondere in Form eines Eisenpulvers vorliegen.The electrolyzer 135 is designed to be using gaseous water 140 the hydrogen 115 to generate and this hydrogen 115 for the reduction device 130 provide. According to this embodiment, for reduction as the metal oxide 110 an iron oxide (Fe ₃ O ₄ ) is used, whereby in the reduction device 130 the iron oxide (Fe ₃ O ₄ ) using the hydrogen 115 and the solar thermal energy 120 is reduced and as the metal material 105 Iron (Fe) is generated. The iron (Fe) may be present in particular in the form of an iron powder.

Da die Reduktionseinrichtung 130 von der zeitlich variablen Solarenergie abhängig ist, ist eine Kopplung mit Photovoltaik-Strom, und damit parallel elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff 115, der dann zur Reduktion von Eisenoxid (Fe₃O₄) zu dem Eisenmaterial (Fe) verwendet wird, wodurch in dieser Form die Energie gespeichert wird, von Vorteil. Gerade hier bestehen lange saisonale Zyklen, in denen elektrische Energie bzw. anfallender Wasserstoff 115 auf diese Weise gespeichert werden kann. Mittels Solarstrom produzierter Wasserstoff 115 fällt dabei genau dann an, wenn eine relativ hohe solare Energieeinstrahlung verfügbar ist. Eine benötigte thermische Energiemenge der solarthermischen Energie 120 für die Reduktion des Eisenoxids (Fe₃O₄) entspricht nur etwa 15 Prozent des Heizwerts von Wasserstoff 115. Im Vergleich zu einem Photovoltaik-Feld sind daher nur sehr geringe Flächen an Spiegeln/Reflektoren zum Bereitstellen der solarthermischen Energie 120 für die Reduktion notwendig. Es folgt ein Rechenbeispiel:As the reduction device 130 is dependent on the temporally variable solar energy, is a coupling with photovoltaic electricity, and thus parallel electrolytically generated hydrogen 115 , which is then used for the reduction of iron oxide (Fe ₃ O ₄ ) to the iron material (Fe), which is stored in this form, the energy advantage. Especially here are long seasonal cycles in which electrical energy or accumulating hydrogen 115 saved in this way. Hydrogen produced by solar power 115 This is exactly the case when a relatively high solar energy radiation is available. A required amount of thermal energy of the solar thermal energy 120 for the reduction of iron oxide (Fe ₃ O ₄ ), only about 15 percent of the calorific value of hydrogen corresponds 115 , Compared to a photovoltaic field, therefore, only very small areas of mirrors / reflectors for providing the solar thermal energy 120 necessary for the reduction. Here is a calculation example:

Für 1000 kWh Wasserstoff 115 pro Tag, unterer Heizwert, kurz LHV, entspricht ~30 kg Wasserstoff 115, werden ca. 1400 kWh Strom benötigt, 70% Effizienz. Das Photovoltaik-Feld wäre in diesem Fall bei 200 kWh/a/m² Photovoltaik-Strom (Spanien) bzw. 0,55 kWh/d/m² ca. 1800 m² groß. Eine benötigte Spiegelfläche der Kollektoreinrichtung 200 für die benötigte thermische Energie für die Eisenoxidreduktion, 15% von 1000 kWh bzw. 150 kWh, ist nur etwa 28 m² groß, 2000 kWh/a/m² bzw. 5,5 kWh/d/m² Solarwärme.For 1000 kWh of hydrogen 115 per day, lower calorific value, short LHV, corresponds to ~ 30 kg of hydrogen 115 , about 1400 kWh of electricity are needed, 70% efficiency. The photovoltaic field would be in this case at 200 kWh / a / m ² photovoltaic power (Spain) or 0.55 kWh / d / m ² about 1800 m ² large. A required mirror surface of the collector device 200 for the required thermal energy for iron oxide reduction, 15% of 1000 kWh or 150 kWh, is only about 28 m ² , 2000 kWh / a / m ² and 5.5 kWh / d / m ² solar heat.

3 zeigt einen schematischen Systemablauf 300 einer Variante eines Verfahrens zum Erzeugen eines Metallmaterials 105 als Energiespeicher unter Verwendung eines Elektrolyseurs 135 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Systemablauf 300 die Reduktionseinrichtung 130, den Elektrolyseur 135, die Kollektoreinrichtung 210, und die Photovoltaikeinrichtung 220. 3 shows a schematic system flow 300 a variant of a method for producing a metal material 105 as energy storage using an electrolyzer 135 according to an embodiment. According to this embodiment, the system flow includes 300 the reduction device 130 , the electrolyser 135 , the collector device 210 , and the photovoltaic device 220 ,

Gezeigt ist in 3 eine Variante der Wasserstoffproduktion an einem sonnenreichen Standort in Form der Photovoltaikeinrichtung 220 und des Elektrolyseurs 135 sowie eine Reduktion von Eisenoxid (Fe₃O₄) unter Verwendung des Wasserstoffs 115 in der Reduktionseinrichtung 130 unter Verwendung der solarthermischen Energie 120 aus der Kollektoreinrichtung 220.Shown is in 3 a variant of hydrogen production at a sunny location in the form of the photovoltaic device 220 and the electrolyzer 135 and a reduction of iron oxide (Fe ₃ O ₄ ) using the hydrogen 115 in the reduction device 130 using solar thermal energy 120 from the collector device 220 ,

Das Metalloxid 110, wobei es sich gemäß einem Ausführungsbeispiel um Eisenoxid (Fe₃O₄) handelt, wird bereitgestellt. Das Eisenoxid (Fe₃O₄) wird unter Verwendung von Wasserstoff 115 und solarthermischer Energie 120 reduziert, um das Metallmaterial 105, bei dem es sich gemäß einem Ausführungsbeispiel um Eisen (Fe) handelt, zu erzeugen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der solarthermischen Energie 120 um Energie aus der Kollektoreinrichtung 210, wobei die Kollektoreinrichtung 210 gemäß diesem Ausführungsbeispiel drei Parabolspiegel 225 und einen Solarturm 230 umfasst. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Reduktionseinrichtung 130 in dem Solarturm 230 angeordnet. Bei der Reduktion des Eisenoxids (Fe₃O₄) entsteht neben Eisen (Fe) auch Wasser 140, das eine erhaltene thermische Energie aufweist, also in einem gasförmigen Aggregatzustand vorliegt: Fe₂O₃ + 3 H₂ → 2 Fe + 3 H₂O The metal oxide 110 , which is iron oxide (Fe ₃ O ₄ ) according to one embodiment, is provided. The iron oxide (Fe ₃ O ₄ ) is made using hydrogen 115 and solar thermal energy 120 reduced to the metal material 105 which, according to one embodiment, is iron (Fe). According to one embodiment, the solar thermal energy 120 to get energy from the collector device 210 , wherein the collector device 210 According to this embodiment, three parabolic mirrors 225 and a solar tower 230 includes. According to this embodiment, the reduction device 130 in the solar tower 230 arranged. In the reduction of the iron oxide (Fe ₃ O ₄ ), water is formed in addition to iron (Fe) 140 , which has a thermal energy obtained, that is in a gaseous state of matter: Fe ₂ O ₃ + 3 H ₂ → 2 Fe + 3 H ₂ O

Das bei der Reduktion des Eisenoxids (Fe₃O₄) erhaltene gasförmige Wasser 140 wird dem Elektrolyseur 135 zugeführt, wobei unter Verwendung des gasförmigen Wassers 140 sowie elektrischer Energie Wasserstoff 115 erzeugt wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der elektrischen Energie um eine photovoltaisch erzeugte Energie. Zur Bereitstellung des Wasserstoffs 115 spaltet der Elektrolyseur 135 den Wasserdampf 140 bei einer Temperatur zwischen 500°C und 800°C und/oder einem Druck von 1 bis 25 Bar auf.The gaseous water obtained in the reduction of the iron oxide (Fe ₃ O ₄ ) 140 becomes the electrolyser 135 fed using the gaseous water 140 as well as electrical energy hydrogen 115 is produced. According to one embodiment, the electrical energy is a photovoltaically generated energy. To provide the hydrogen 115 splits the electrolyzer 135 the water vapor 140 at a temperature between 500 ° C and 800 ° C and / or a pressure of 1 to 25 bar.

Bei diesem Systemablauf 300 wird direkt das Nebenprodukt der EisenoxidReduktion, nämlich gasförmiges Wasser 140, genutzt. Dieses gasförmige Wasser 140 kann dem Elektrolyseur 135 bei dessen Betriebstemperatur zugeführt werden. Bei bekannten Elektrolyseverfahren wird die Mindestenergie für die Trennung von Wasserstoff 115 und Sauerstoff 150, also für die chemische Potenzialdifferenz zwischen Wasser 140 und seinen Bestandteilen Sauerstoff 150 und Wasserstoff 115, in Form von elektrischer Energie aufgebracht. Weil die beiden Reaktionsprodukte Sauerstoff 150 und Wasserstoff 115 aber im gasförmigen Zustand vorliegen, muss für das bisher als flüssiger Ausgangsstoff vorliegende Wasser 140, auch noch die Energie für die Verdampfung desselbigen aufgebracht werden. Das kann mehr als 14 Prozent der für die Elektrolyse insgesamt benötigten Energie ausmachen. Ein Großteil der Energieverluste bei einem Elektrolyseverfahren ist also der Verdampfung von Wasser 140 geschuldet. Den Elektrolyseur 135 von Beginn an mit gasförmigem Wasser 140 zu speisen, birgt somit den erheblichen Vorteil, einen Gesamtwirkungsgrad von mehr als 90 Prozent zu erhalten.In this system flow 300 becomes directly the byproduct of iron oxide reduction, namely gaseous water 140 , used. This gaseous water 140 can the electrolyzer 135 be supplied at its operating temperature. In known electrolysis processes, the minimum energy for the separation of hydrogen 115 and oxygen 150 , ie for the chemical potential difference between water 140 and its components oxygen 150 and hydrogen 115 , applied in the form of electrical energy. Because the two reaction products are oxygen 150 and hydrogen 115 but present in the gaseous state, must for the present as liquid starting material water 140 , even the energy for the evaporation desselbigen be applied. This can account for more than 14 percent of the total energy required for the electrolysis. A large part of the energy losses in an electrolysis process is therefore the evaporation of water 140 owed. The electrolyzer 135 from the beginning with gaseous water 140 to feed thus has the considerable advantage of obtaining an overall efficiency of more than 90 percent.

Eine Reaktion von Eisen (Fe) mit Wasserdampf 140 ist exotherm, eine Reaktion von Eisenoxid (Fe₃O₄) mit Wasserstoff 115 entsprechend endotherm. Anders als bei bekannten Energiespeichersystemen verschlechtert sich bei dem hier vorgestellten Systemablauf 300 durch das Erfordernis von thermischer Energie auf einem Niveau von 500°C bis 800°C die Effizienz des Verfahrens nicht, da solarthermische Energie 120 verwendet wird.A reaction of iron (Fe) with water vapor 140 is exothermic, a reaction of iron oxide (Fe ₃ O ₄ ) with hydrogen 115 correspondingly endothermic. Unlike known energy storage systems worsened in the system presented here 300 by the requirement of thermal energy at a level of 500 ° C to 800 ° C, the efficiency of the process does not, because solar thermal energy 120 is used.

4 zeigt einen schematischen Systemablauf 400 einer Variante eines Verfahrens zum Erzeugen eines Metallmaterials 105 als Energiespeicher unter Verwendung eines Elektrolyseurs 135 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Systemablauf 400 die Reduktionseinrichtung 130, den Elektrolyseur 135, die Kollektoreinrichtung 210, die Photovoltaikeinrichtung 220 und einen Wärmetauscher 410. 4 shows a schematic system flow 400 a variant of a method for producing a metal material 105 as energy storage using an electrolyzer 135 according to an embodiment. According to this embodiment, the system flow includes 400 the reduction device 130 , the electrolyser 135 , the collector device 210 , the photovoltaic device 220 and a heat exchanger 410 ,

Gezeigt ist in 4 eine weitere Variante der Wasserstoffproduktion an einem sonnenreichem Standort in Form der Photovoltaikeinrichtung 220 und des Elektrolyseurs 135 sowie eine Reduktion von Eisenoxid (Fe₃O₄) unter Verwendung des Wasserstoffs 115 in der Reduktionseinrichtung 130 unter Verwendung der solarthermischen Energie 120 aus der Kollektoreinrichtung 210.Shown is in 4 another variant of hydrogen production at a sunny location in the form of the photovoltaic device 220 and the electrolyzer 135 and a reduction of iron oxide (Fe ₃ O ₄ ) using the hydrogen 115 in the reduction device 130 using solar thermal energy 120 from the collector device 210 ,

Das Metalloxid 110, wobei es sich gemäß einem Ausführungsbeispiel um Eisenoxid (Fe₃O₄) handelt, wird bereitgestellt. Das Eisenoxid (Fe₃O₄) wird unter Verwendung von Wasserstoff 115 und solarthermischer Energie 120 reduziert, um das Metallmaterial 105, bei dem es sich gemäß einem Ausführungsbeispiel um Eisen (Fe) handelt, zu erzeugen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der solarthermischen Energie 120 um Energie aus einer Kollektoreinrichtung 210, wobei die Kollektoreinrichtung 210 gemäß diesem Ausführungsbeispiel drei Parabolspiegel 225 und einen Solarturm 230 umfasst. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Reduktionseinrichtung 130 in dem Solarturm 230 angeordnet.The metal oxide 110 , which is iron oxide (Fe ₃ O ₄ ) according to one embodiment, is provided. The iron oxide (Fe ₃ O ₄ ) is made using hydrogen 115 and solar thermal energy 120 reduced to the metal material 105 which, according to one embodiment, is iron (Fe). According to one embodiment, the solar thermal energy 120 for energy from a collector device 210 , wherein the collector device 210 According to this embodiment, three parabolic mirrors 225 and a solar tower 230 includes. According to this embodiment, the reduction device 130 in the solar tower 230 arranged.

Das unter Verwendung der Reduktion erhaltene feste Metallmaterial 105, bei dem es sich gemäß einem Ausführungsbeispiel um Eisen (Fe) handelt, wird zum Verdampfen von Wasser 415 in dem Wärmetauscher 410 verwendet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Wasser 415 um ein extern zugefügtes Speisewasser 415. Da ein Wärmeübergang von festem Eisen (Fe) auf das Wasser 415 nur indirekt möglich ist, wird ein inertes Wärmeüberträgermedium (nicht dargestellt) verwendet. Bei dem Wärmeüberträgermedium handelt es sich um ein Gas oder eine Flüssigkeit, welches die Wärme des Eisens (Fe) durch einen direkten Kontakt aufnimmt. Dieser Vorgang kann beispielsweise in einer Gegenstromführung erfolgen. Das heiße Wärmeüberträgermedium gibt dann die aufgenommene Wärme des Eisens (Fe) an das Speisewasser 415 im Wärmetauscher 410 ab. Mögliche Wärmeüberträgermedien sind inerte Gase wie Edelgase, Stickstoff oder aber auch Wasserstoff 115.The solid metal material obtained using the reduction 105 , which in one embodiment is iron (Fe), is used to evaporate water 415 in the heat exchanger 410 used. According to one embodiment, the water is 415 around an externally added feed water 415 , Because a heat transfer from solid iron (Fe) to the water 415 is only indirectly possible, an inert heat transfer medium (not shown) is used. The heat transfer medium is a gas or a liquid which receives the heat of the iron (Fe) through a direct contact. This process can be done for example in a countercurrent flow. The hot heat transfer medium then gives the absorbed heat of the iron (Fe) to the feed water 415 in the heat exchanger 410 from. Possible heat transfer media are inert gases such as noble gases, nitrogen or even hydrogen 115 ,

Das erhaltene gasförmige Wasser 140 wird dann dem Elektrolyseur 135 zugeführt, wobei unter Verwendung des gasförmigen Wassers 140 sowie elektrischer Energie Wasserstoff 115 erzeugt wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der elektrischen Energie um eine photovoltaisch erzeugte Energie. Zur Bereitstellung des Wasserstoffs spaltet der Elektrolyseur 135 den Wasserdampf 140 bei einer Temperatur zwischen 500°C und 800°C und/oder einem Druck von 1 bis 25 Bar auf.The resulting gaseous water 140 then becomes the electrolyser 135 fed using the gaseous water 140 as well as electrical energy hydrogen 115 is produced. According to one embodiment, the electrical energy is a photovoltaically generated energy. To provide the hydrogen, the electrolyzer splits 135 the water vapor 140 at a temperature between 500 ° C and 800 ° C and / or a pressure of 1 to 25 bar.

5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 500 zum Erzeugen eines Metallmaterials als Energiespeicher unter Verwendung eines Elektrolyseurs gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 500 kann unter Verwendung der in 1 vorgestellten Erzeugervorrichtung ausgeführt werden. Ferner wird das Verfahren 500 zumindest einmal, insbesondere, zyklisch wiederholt. 5 shows a flowchart of an embodiment of a method 500 for producing a metal material as energy storage using an electrolyzer according to an embodiment. The procedure 500 can be made using the in 1 presented generator device are executed. Further, the method becomes 500 at least once, in particular, repeated cyclically.

In einem Schritt 503 wird zumindest ein Metalloxid bereitgestellt. Weiterhin wird in einem Schritt 506 eine Reduktion des Metalloxids unter Verwendung von Wasserstoff und solarthermischer Energie bewirkt, um das Metallmaterial zu erzeugen. Schließlich wird in einem Schritt 509 Wasserstoff unter Verwendung von Wasser und elektrischer Energie erzeugt, wobei das Wasser eine bei der Reduktion des Metalloxids erhaltene thermische Energie enthält.In one step 503 At least one metal oxide is provided. Furthermore, in one step 506 causes reduction of the metal oxide using hydrogen and solar thermal energy to produce the metal material. Finally, in one step 509 Hydrogen generated using water and electrical energy, wherein the water contains a thermal energy obtained in the reduction of the metal oxide.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

Claims

A method (500) of producing a metal material (105) using an electrolyzer (135), the method (500) comprising at least the following steps: Providing (503) at least one metal oxide (110); Causing (506) a reduction of the metal oxide (110) using hydrogen (115) and solar thermal energy (120) to produce the metal material (105); and Generating (509) hydrogen (115) using water (140; 415) and electrical energy (145), wherein the water (140; 415) contains thermal energy obtained upon reduction of the metal oxide (110).

Method (500) according to Claim 1 wherein, in the step of providing (503), as the metal oxide (110), an iron oxide (Fe ₃ O ₄ ) is provided.

Method (500) according to one of the preceding claims, wherein in the step of generating (509) gaseous water (140) is supplied to the electrolyzer (135).

Method (500) according to Claim 3 in which, in the step of effecting (506), water (140) is obtained in the reduction of the metal oxide (110), wherein the water (140) obtained in the reduction of the metal oxide (110) is generated in the step of generating (509) to produce the metal oxide (110) Hydrogen (115) is used.

A method (500) according to any one of the preceding claims, wherein in the step of generating (509) the hydrogen (115) is generated, the electrolyzer (135) providing water (115) water vapor (140) at a temperature between 500 ° C and 800 ° C and / or under a pressure of 1 to 25 bar splits.

Method (500) according to one of the preceding claims, wherein in the step of effecting (506) solar thermal energy (120) from a collector device (210) is used, in particular wherein the collector device (210) at least one parabolic mirror (225) and / or a Flat mirror and / or a solar tower (230).

Method (500) according to one of the preceding claims, in which photovoltaically generated energy is supplied as electrical energy (145) in the step of generating (509).

A method (500) according to any one of the preceding claims, wherein in the step of generating (509) the generated metal material (105) is used for vaporizing the water (415) in the heat exchanger (410), in particular wherein hot metal material (105) is cooled.

Method (500) according to Claim 8 in which, in the step of generating (509), external feed water (415) is used as water (415) in the heat exchanger (410).

Method (500) according to Claim 8 or 9 in that, in the step of generating (509) in the heat exchanger (410), a heat transfer medium is used which absorbs the heat of the metal material (105) and releases the absorbed heat to the water (415) in the heat exchanger (410).

Method (500) according to Claim 10 which is used as a heat transfer medium around a noble gas, nitrogen or hydrogen (115) in the step of generating (509).

A production device (100) for producing a metal material (105), wherein the production device (100) is arranged to execute and / or control steps of the method (500) according to one of the preceding claims in corresponding units (125, 130, 135).

A production device (100) for producing a metal material (105), wherein the production device (100) has the following features: a reduction device (130) for reducing metal oxide (110) using hydrogen (115) and solar thermal energy (120) to produce the metal material (105); and an electrolyzer (135) for generating hydrogen (115) using water (140; 415) and electrical energy (145), wherein the water (140; 415) contains thermal energy obtained upon reduction of the metal oxide (110) in the reducer (130).

Computer program adapted to execute and / or control the method (500) according to one of the preceding claims.

Machine-readable storage medium on which the computer program is based Claim 14 is stored.