DE19644684A1 - Verfahren zur Speicherung von Energie - Google Patents

Verfahren zur Speicherung von Energie

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Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Speicherung von Energie. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Speicherung von Energie aus Erdgas und Wasserstoff.
Technologischer Hintergrund und Stand der Technik
Der Kohlendioxidausstoß fossiler Verbrennungsprozesse hat ein Ausmaß er­ reicht, das globale Veränderungen der Zusammensetzung der Atmosphäre be­ wirkt und über den Treibhauseffekt zu gravierenden Klimaveränderungen führen kann. Nach Angaben der IPCC-Kommission, welche die Weltklima-Konferenz in Genf im Oktober/November 1990 vorbereitet hat, müßte man die Emission von Kohlendioxid sofort um 60% reduzieren, um den Kohlendioxid-Gehalt der Atmos­ phäre zu stabilisieren.
Schon vor vielen Jahre wurde vorgeschlagen, Wasserstoff als Energieträger für Verkehrsmittel und stationäre Anlagen zu verwenden, weil die Verbrennung von Wasserstoff absolut "sauber" erfolgt. Abgesehen vom großen Energieaufwand bei seiner Herstellung ist der Transport, die Lagerung und Handhabung von Wasserstoff sehr problematisch.
Hingegen bietet sich die Umwandlung von Kohlendioxid in chemische Verbind­ ungen an, die in großen Mengen Absatz finden könnte, z. B. als Treibstoff für Ver­ kehrsmittel, Verbrennungsanlagen oder Brennstoffzellen. Zu diesen Verbindung­ en gehören bis dato in erster Linie Methanol oder auch Methan.
Kurze Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Speicherung von Wasserstoff oder Erdgas anzugeben, das die geschilderten Probleme nicht auf­ weist und damit dazu beiträgt den Gesamtausstoß von Kohlendioxid zu vermind­ ern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Mischung von Wasserstoff oder Erdgas und Kohlendioxid in einem Reaktor in Methan, Metha­ nol oder Ethanol umgesetzt wird. Vorzugsweise wird Erdgas in Verbindung mit Kohlendioxid aus dem Abgas fossil beheizter Energieerzeugungsanlagen ver­ wendet. Im Falle von Explorationsgasen wird das im Erdgas mitgeführte Kohlen­ dioxid zusammen mit dem Erdgas einem Reaktor zugeführt.
Methan und insbesondere Methanol sind wesentlich problemloser zu speichern und handzuhaben. Bekanntlich ist Wasserstoff und Erdgas gasförmig unter nor­ malen Bedingungen. Methanol oder auch Ethanol sind hingegen bei Atmosphär­ endruck und normalen Bedingungen eine Flüssigkeit. Ein weiterer Vorteil von Methanol oder Ethanol als Speicher gegenüber Wasserstoff ist, daß sie gegen­ über Wasserstoff einen fast doppelt so hohen Energiegehalt pro Volumeninhalt haben als flüssiger Wasserstoff.
Die Umwandlung von Wasserstoff ist zwar mit zusätzlichem apparativen Aufwand verbunden, doch überwiegt sowohl aus ökologischer als auch aus wirtschaftlicher Sicht der Aufwand.
Die Verbrennung von Methan, Methanol oder Ethanol erzeugt zwar wieder das Treibhausgas Kohlendioxid, das zuvor bei fossil betriebenen Anlagen abgeschöpft wurde. Ebenso verhält es sich, wenn statt dessen Methanol für Brennstoffzellen verwendet wird. Brennstoffzellen arbeiten bis dato mit Wasserstoff einerseits und Sauerstoff/Luft andererseits. In Verbindung mit Brennstoffzellen entsteht jedoch auch ein wirtschaftlicher Vorteil. Setzt man Brennstoffzellen in Fahrzeugen ein, so erhöht sich deren Wirkungsgrad von bis dato 18% auf 60% und mehr. Als Neben­ effekt kommen weitere Einsparungen hinzu, die in der Gewichtsreduzierung liegen.
Die Herstellung von Methan, Methanol oder Ethanol aus Kohlendioxid und Was­ serstoff oder Erdgas kann dabei so erfolgen, daß die Ausgangssubstanzen Kohlendioxid und Wasserstoff oder Erdgas einem Reaktor nach SdT zugeführt wird.
Die Ausgangssubstanz Wasserstoff kann nach einem der heute gängigen Ver­ fahren hergestellt werden, z. B. durch Steamreforming, wobei als Energiequelle Dampf aus einem Kraftwerk dienen kann. Daneben kann der Wasserstoff durch Elektrolyse hergestellt werden, wobei als Energiequelle Wasserkraft dienen kann. Siehe hierzu auch die Studie "Euro Que'bec Hydro-Hydrogen Pilot Projekt" aus dem Jahr 1991, erstellt im Auftrag von der Commission of the European Communities und dem Goverment of Que'bec. Daneben kann der Wasserstoff durch Spaltung von Schwefelwasserstoff (H2S) mittels stiller elektrischer Entladung, durch therm­ ische Dissoziation, durch elektrolytische Dissoziation oder auch Dissoziation von Schwefelwasserstoff mittels Mikrowellen erzeugt werden.
Die Ausgangssubstanz Kohlendioxid kann nach einem der heute gängigen Ver­ fahren hergestellt werden, z. B. durch in Lösung bringen, wobei als Lösungsmittel Monoethanolamin verwendet wird, das bei ca. 40 Grd Celsius mit dem Kohlendi­ oxid reagiert und bei ca. 150 Grad Celsius die Reagenz wieder auflöst. Daneben kann das Kohlendioxid mit Molekularsieben vom übrigen Gasstrom abgetrennt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung "Fig. 1" ist das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, der Speicherung von Energie, schematisch dargestellt.
Gemäß dieser Zeichnung wird Erdgas (1) in einen Steamreformer nach SdT (2) eingeleitet. Im Steamreformer (2) wird das Erdgas in Wasserstoff (5) sowie CO und CO2 (4) zerlegt. Als Energiequelle dient Wasserdampf aus einem Dampfer­ zeuger (3). Der gewonnene Wasserstoff (5) wird einem Reaktor (12) zugeführt. Das im Steamreformer (2) abgetrennte Kohlenmonoxid (4) wird in einer Zwischenstufe (7) zu Kohlendioxid aufoxidiert. Zusammen mit dem aus dem CO2-beladenenen Rauchgas (10) gewonnenen Kohlendioxid (6) wird hiermit der CO2-Feedstock (8) gebildet. Für die Abtrennung des Kohlendioxids aus dem Rauchgas (10) werden Molekularsiebe verwendet, die in einem Reaktor (9) gebettet sind. Der durch den Reaktor (9) entgegengesetzte Strömungswiderstand wird mittels Gebläse o. ä. überwunden, das Bestandteil des Reaktors ist. Am Ausgang von Reaktor (9) stehen getrennt Kohlendioxid (6) und CO2-reduziertes Rauchgas (11) an. Letzteres geht in die Atmosphäre. Das Kohlendioxid (6) wird mit dem in der Zwischenstufe (7) mit dem aufoxidierten Kohlendioxid, vormals Kohlenmonoxid (4), dem Metha­ nol-Reaktor (12) unter einem Druck von etwa 1 bar zugeführt. Die weitere Verfahr­ ensweise erfolgt wie z. B. in der Firmenschrift "Concepts for Methanol Plants" der Firma Lurgi beschrieben.
Das auf diese Weise gewonnene Methanol wird in einem Tank (14) gespeichert und kann je nach Bedarf Verbrauchern (15) wie Fahrzeugen, Kraftwerken, Brenn­ stoffzellen, ect., zugeführt werden.
Bezugszeichenliste
1
Erdgaspipeline
2
Steamreformer
3
Dampferzeuger mit Zuleitung
4
Kohlenmonoxid-Ausgang
5
Wasserstoff-Ausgang
6
Kohlendioxid aus Rauchgasen
7
CO und CO2
-Sammelstelle mit Oxidationsstufe für das CO
8
CO2
-Feedstock
9
CO2
-Reaktor mit Gebläse
10
CO2
-beladenes Rauchgas
11
CO2
-reduziertes Rauchgas
12
Methanol-Reaktor
13
Methanol
14
Methanol-Tank
15
Verbraucher

Claims (13)

1. Verfahren zur Speicherung von Wasserstoffenergie, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung von Wasserstoff und Kohlendioxid in einem Reaktor in Methan, Methanol oder Ethanol umgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlendioxid aus fossil beheizter Energieerzeugungsanlagen verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlendioxid aus Erdgas und Erdöl-Förderstätten verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlen­ dioxid unter Einsatz von Molekularsieben aus Rauchgasen gewonnen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlen­ dioxid unter Einsatz von Molekularsieben aus Explorationsföderstätten gewonnen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlen­ dioxid unter Einsatz von Molekularsieben aus Prozeßgasen gewonnen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff aus Erdgas mittels Steamreformer gewonnen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff unter Einsatz von Wasserkraft gewonnen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff unter Einsatz nuklearer Energie gewonnen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff unter Einsatz von Mikrowellenenergie gewonnen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff unter Einsatz von Solar-und Nuklearenergie aus Wasser oder Schwefelwasser­ stoff gewonnen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff in stillen elektrischen Entladungen aus Wasserdampf oder Schwefelwasserstoff
13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff aus methanhaltigen Gasen gewonnen wird.
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