DE2244944B2 - Verfahren zur erzeugung von wasserstoff - Google Patents

Verfahren zur erzeugung von wasserstoff

Info

Publication number
DE2244944B2
DE2244944B2 DE19722244944 DE2244944A DE2244944B2 DE 2244944 B2 DE2244944 B2 DE 2244944B2 DE 19722244944 DE19722244944 DE 19722244944 DE 2244944 A DE2244944 A DE 2244944A DE 2244944 B2 DE2244944 B2 DE 2244944B2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hydrogen
magnesium
water
chloride
reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19722244944
Other languages
English (en)
Other versions
DE2244944A1 (de
Inventor
Heinrich Dr. 8551 Röttenbach; Höhne Karl Dr. 8520 Erlangen Gutbier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE19722244944 priority Critical patent/DE2244944B2/de
Priority to NO3282/73A priority patent/NO135281C/no
Priority to GB4096973A priority patent/GB1420048A/en
Priority to IT28581/73A priority patent/IT995285B/it
Priority to SE7312208A priority patent/SE387925B/xx
Priority to FR7332618A priority patent/FR2198887A1/fr
Priority to US05/397,009 priority patent/US3932600A/en
Priority to JP48103701A priority patent/JPS4969559A/ja
Publication of DE2244944A1 publication Critical patent/DE2244944A1/de
Publication of DE2244944B2 publication Critical patent/DE2244944B2/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/065Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by dissolution of metals or alloys; by dehydriding metallic substances
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J7/00Apparatus for generating gases
    • B01J7/02Apparatus for generating gases by wet methods
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/06Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
    • C01B3/061Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents by reaction of metal oxides with water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/06Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
    • C01B3/10Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents by reaction of water vapour with metals
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

45
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff, insbesondere für Brennstoffelemente, durch Reaktion von Magnesium mit Wasser unter Zusatz wasserlöslicher Chloride. so
In Brennstoffelementen wird durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brennstoff und einem Oxidationsmittel Strom erzeugt. Einen hohen technischen Stand haben insbesondere Wasserstoff/ Sauerstoff-Brennstoffelemente erreicht, d.h. Systerne, bei welchen Wasse; stoff als Brennstoff und Sauerstoff oder Luft als Oxidationsmittel verwendet werden. Der anodisch verbrauchte Wasserstoff kann aus verschiedenen Quellen stammen: reiner Wasserstoff aus Druckflaschen oder kryogenen Tanks.; durch katalytische Spaltung kohlenwasserstoffhaltiger Verbindungen (Reformierung) sowie durch Hydrazin- oder Ammoniakspaltung hergestellter Wasserstoff; durch Zersetzung von Hydriden oder Borana ten mit Wasser oder durch Reaktion von Metallen mit Wasser erzeugter Wasserstoff.
Die letztgenannte Möglichkeit der Wasserstofferzeueune wird insbesondere bei Wasserstoff/Sauerstoff-Brennstoffelementen für wartungsarmen Betrieb in Betracht gezogen (vgl. »Chemie-Ingenieur-Technik«, 41. Jahrg., 1969, Seiten 146 bis 154). Als Metalle werden dabei - aus Gründen der Reaktionsfähigkeit und Kostenersparnis - im wesentlichen Magnesium, Zink und Aluminium verwendet. Die genannten Metalle entwickeln nun zwar unter bestimmten Reaktionsbedingungen mit Wasser Wasserstoff aus der DT-PS 956 943 beispielsweise ist bekannt, daß bei der Einwirkung von Wasser auf Aluminium bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck feinteiliges voluminöses Aluminiumoxid und Wasserstoff gebildet wird-, bei normaler Temperatur und normalem Druck entsteht aber Wasserstoff in kaum nennenswertem Umfang. Diese Tatsache beruht darauf, daß das bei der anfänglicher. Umsetzung mit Wasser gebildete Metallhydroxid eine Schutzschicht um das Metali bildet, welche den weiteren Angriff des Wassers verhindert, so daß die Reaktion gleich nach Beginn zum Stillstand kommt. Um die genannten Metalle im größeren Umfang zur Wasserstofferzeugung verwenden zu können, werden sie deshalb durch Amalgamieren (Bildung einer Metall-Quecksilber-Legierung) aktiviert. Amalgamiertes Magnesium oder Aluminium beispielsweise reagiert bereit« bei Raumtemperatur »ebhaft mit Wasser unter Wasserstoffentwicklung, oder es werden an Stelle von Wasser zur Zersetzung der Metalle Säuren oder Laugen (wie Salzsäure oder Kalilauge) verwendet (vgl. beispielsweise DT-PS 956123 bzw. FR-PS 985057); hierbei kommt es zu einer dauernden Wasserstoffentwicklung, da sich im sauren Medium (bei Mg, Zn und Al) bzw. im alkalischen Medium (bei Zn und Al) die obenerwähnte Schutzschicht nicht ausbilden kann.
Die beiden genannten Möglichkeiten, Amalgamierung bzw. Verwendung von Säuren oder Laugen, sind aber mit verschiedenen Nachteilen behaftet. Der Verbrauch ar Quecksilber bzw. an nicht unerheblichen Mengen von Lauge oder Säure bringt zunächst eine Verteuerung des herzustellenden Wasserstoffes mit sich. Darüber hinaus ist insbesondere die Verwendung von Quecksilber angesichts seiner Giftigkeit nicht unbedenklich. Die Verwendung von Säuren oder Laugen andererseits ist vom verfahrenstechnischen Standpunkt aus betrachtet ungünstig.
Aus der Dt-PS 591753 ist es bekannt, bei der Gewinnung von Wasserstoff durch Zersetzung von Wasser mittels der Erdalkalimetalle Calcium, Strontium und Barium die Zersetzung in Gegenwart eines wasserlöslichen Salzes desjenigen Metalls vorzunehmen, das zur Einwirkung gebracht wird; zweckmäßigerweise soll dabei ein Halogenid verwendet werden. Aus dieser Patentschrift ist ferner noch bekannt, daß Magnesium eine Magnesiumchloridlösung unter Wasserstoffentwicklung zersetzt. Es wird dabei aber weiter ausgeführt, daß dieser Vorgang wegen der zu geringen Reaktionsgeschwindigkeit keine Bedeutung zur Wasserstofferzeugung hat.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein vereinfachtes und verbessertes Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff durch Reaktion von Magnesium mit Wasser unter Zusatz wasserlöslicher Chloride, insbesondere zur Erzeugung von Wasserstoff für Brennstoffelemente, zu finden, das die bei den bisher verwendeten Verfahren auftretenden Schwierigkeiten vermeidet. Dabei soll sowohl die Verwendung giftiger Stoffe vermieden und die Möglichkeit geschaffen werden, die Reaktion ohne Verwendung von Säuren oder Laugen durchzu-
führen, als auch eine große Reaktionsgeschwindigkeit eine weitgehende Hydrolyse des Metalls. Als Füll-
und eine hohe Wasserstoffausbeute gewährleistet stoffe können beispielsweise anorganische Salze die-
werden. nen. Bei Verwendung eines Gemisches aus Metall,
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß Kobaltoxid und Chlorid, das zur Wasserstofferzeu-
das Magnesium neben wasserlöslichem Chlorid in Ge- 5 gung mit Wasser zersetzt wird, kann das Chlorid
genwart wenigstens eines Kobaltoxides mit Wasser zur gleichzeitig als Füllstoff dienen.
Reaktion gebracht wird. Eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrich-
Beim erfindungsgemäßen Verfahren können Ko- tung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver-
balt(II)-oxid CoO, Kobalt(III)-oxid Co2O3 und Tri- fahrens weist ein Reaktionsgefäß auf, welches mit ei-
kobalttetroxid Co3O4 Verwendung finden. Besonders 1° ner Verbindungsleitung an einen Vorratsbehälter
gute Ergebnisse werden mit Co2O3 und Co3O4, insbe- dicht angeschlossen ist. Das Reaktionsgefäß nimmt
sondere mit Co3O4. erzielt. Die Kobaltoxide können Wasser oder eine wäßrige Chloridlösung auf, der Vor-
auch im Gemisch verwendet werden. ratsbehälter dient zur Aufnahme von Metallpulver,
Magnesium reagiert beispielsweise in Gegenwart d.h. Magnesium oder einem Magnesium-Alumivon Co3O4 und wasserlöslichen Chloriden mit Wasser 15 aium-Gemisch. In der Verbindungsleitung zwischen unter sehr heftiger Wasserstorfentwicklung. Beim er- Vorratsbehälter und Reaktionsgefäß ist eine Förderfindungsgemäßen Verfahren kann dabei in der Weise einrichtung zum Transport des Metallpulvers vom vorgegangen werden, daß pulverfönuigem Magne- Vorratsbehälter in das Reaktionsgefäß vorgesehen, sium Kobaltoxid und wasserlösliches Chlorid beige- Im oberen Teil des Reaktionsgefäßes ist eine Ableimischt werden und dieses Gemisch in Wasser einge- 20 tung für den bei der Reaktion entwickelten Wasserbracht wird. Vorteilhaft kann das Chlorid aber auch stoff angebracht. Die dichte Verbindung zwischen im Wasser gelöst werden und in diese wäßrige Lösung Vorratsbehälter und Reaktionsgefäß verhindert ein wird dann ein Magnesium-Kobaltoxid-Gemisch ein- Entweichen des Wasserstoffs an einer anderen Stelle getragen. Als wasserlösliches Chlorid wird Vorzugs- als an der Wasserstoffableitung am Reaktionsgefäß, weise Natriumchlorid verwendet; weitere Chloride »5 Die Fördereinrichtung, beispielsweise in Form eisind beispielsweise Kaliumchlorid und Magnesium- ner Förderschnecke, ist vorteilhaft in Abhängigkeit chlorid. Als wäßrige Chloridlösung kann beim erfin- vom Druck des Wasserstoffes in der Ableitung des dungsgemäßen Verfahren vorteilhaft Meerwasser Reaktionsgefäßes regelbar. Dazu kann beispielsweise verwendet werden. Meerwasser enthält im allgemei- ein die Förderschnecke antreibender Motor durch ein nen insgesamt etwa 3,5% Salze, vorwiegend in Form 30 an der Wasserstoff ableitung angeordnetes Kontakt von Chloriden; der Gehalt an Natriumchlorid beträgt manometer betätigt werden.
etwa 2,7 Gewichtsprozent. Die Verwendung von Besonders vorteilhaft, insbesondere bei einem ma-
Meerwasser ist insbesondere von Vorteil beim mariti- ritimen Einsatz und bei Verwendung von Meerwasser
men Einsatz von Brennstoffelementen, beispielsweise als wäßrige Chloridlösung, kann das Reaktionsgefäß
in Unterwasserfahrzeugen sowie zur Stromversorgung 35 als nach unten offenes Rohr ausgebildet sein, das in
von Unterwasserstationen, oder bei der Verwendung das Wasser eingetaucht wird. Auf diese Weise kann
von wartungcarmen Bi cnnstoff elementen in Leucht- der Reaktionsschlamm (Metallhydroxid) in einfacher
bojen. Weise aus dem Reaktionsgefäß ausgebracht werden,
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungs- darüber hinaus erübrigt sich dabei das Einbringen und
form des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dem 40 Nachfüllen von wäßriger Chloridlösung, da stets
Magnesium vorteilhaft Aluminium zugesetzt werden. Meerwasser in das Reaktionsgefäß eindringen kann.
Dadurch kann insbesondere die Ausbeute an entwik- An Hand mehrerer Ausführungsbeispiele und Fi-
keltem Wasserstoff erhöht werden. Vorzugsweise guren soll die Erfindung noch näher erläutert werden,
werden Magnesium und Aluminium in einem Ge- Es zeigt
wichtsverhältnis zwischen etwa 7:1 und 2:6 verwen- 45 Fig. 1 eine Vorichtung zur Durchführung des erdet. Besonders gute Ergebnisse können bei Verwen- findungsgemäßen Verfahrens,
dung eines Gewichtsverhältnisses Mg: Al zwischen Fig. 2 bis 4 graphisch die Abhängigkeit der Wasetwa 5:3 und 3:5 erzielt werden. Aluminium an sich serstoffentwicklung von den verwendeten Ausgangshat gegenüber Magnesium den Vorteil, daß es pro Ge- materialien.
wichtseinheit eine größere Menge Wasserstoff ent- 50 Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform ei-
wickelt (1 Mol Al, 27 g, liefert theoretisch 33,61 Was- ner Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsge-
serstoff, 1 Mol Magnesium, etwa 24 g, nur 22,4 1, mäßen Verfahrens. Oberhalb eines Reaktionsgefäßes
jeweils unter Normalbedingungen). 10, das in Form eines nach unten offenen Rohres aus-
Der Gehalt des Metalls bzw. Metallgemisches, Mg gebildet ist, ist ein Vorratsbehälter 11 angeordnet, bzw. Mg + Al, an Kobaltoxid beträgt vorteilhaft zwi- 55 Vorratsbehälter 11 und Reaktionsgefäß 10 sind durch sehen etwa 0,5 und 5 Gewichtsprozent. Der Zusatz eine Verbindungsleitung 12 miteinander verbunden, einer größeren Menge von Kobaltoxid bringt keine in welcher eine Fördereinrichtung 13 in Form einer wesentlichen Verbesserungen. Die Menge an verwen- Förderschnecke angeordnet ist. Die Fördereinrichdetem Chlorid liegt vorzugsweise im Bereich zwischen tung 13 wird durch einen Motor 14 angetrieben. Das 5 und 200 Gewichtsprozent, bezogen auf den Metall- 60 Vorratsgefäß kann auch seitlich vom Reaktionsgefäß anteil, d.h. Magnesium bzw. ein Magnesium-Alumi- angeordnet sein; die Förderung des Metallpulvers nium-Gemisch. Ein wesentlich höherer Chloridzusatz kann in diesem Fall beispielsweise mit einem Förderbringt keine vergleichbaren Verbesserungen, insbe- band erfolgen oder mit einer Düse, durch welche das sondere in bezug auf die Reaktionsgeschwindigkeit Metallpulver ausgeblasen wird. Das Reaktionsgefäß und die Menge an entwickeltem Wasserstoff. 65 10 ist in seinem oberen Teil mit einer Ableitung 15
Vorteilhaft können dem Metall Füllstoffe züge- für den während der Reaktion entwickelten Wassermischt werden. Diese Stoffe verhindern eine Agglo- stoff versehen. An der Ableitung 15 ist ein Kontakt■· meration der Metallpartikel und gewährleisten somit manometer 16 angeordnet, welches wirkungsmäßig
mit dem Motor 14 verbunden ist. Auf diese Weise ist die Fördereinrichtung 13 in Abhängigkeit vom Druck des Wasserstoffes in der Ableitung 15 regelbar. Die Regelung kann etwa in der Weise erfolgen, daß der Motor 14 und das Kontaktmanometer 16 in geeigneter Weise in einem elektrischen Stromkreis angeordnet sind und der Motor beim Unter- oder Überschreiten eines vorgegebenen Betriebsdruckes für den Wasserstoff ein- bzw. ausgeschaltet wird; dadurch wird die Wasserstoffentwicklung in Gang gesetzt bzw. unterbunden.
Vor der Inbetriebnahme wird in den Vorratsbehälter beispielsweise eine Mischung aus Metallpulver und Kobaltoxid gegeben und das Reaktionsgefäß teilweise mit einer wäßrigen Natriumchloridlösung oder mit Meerwasser gefüllt bzw. - bei Verwendung eines nach unten offenen Reaktionsgefäßes - in die entsprechende Flüssigkeit teilweise eingetaucht. Das aus dem Vorratsbehälter geförderte Metall-Kobaltoxid-Gemisch fällt auf die Wasseroberfläche und es setzt eine stürmische Wasserstoffentwicklung ein. Durch die an den Pulverkörnern entstehenden Wasserstoffbläschen, welche teilweise an den Körnern haften bleibt, wird das Pulver kurzzeitig an der Oberfläche festgehalten und sinkt dann langsam nach unten. Bis zum Erreichen des Bodens des Reaktionsgefäßes ist das Metall fast vollständig verbraucht und zu Metallhydroxid umgesetzt, welches sich am Boden absetzt. Bei Verwendung eines nach unten offenen Reaktionsgefäßes, das beispielsweise in Meerwasser eintaucht, sinkt das gebildete Metallhydroxid nach unten ab. Das Reaktionsgefäß ist in diesem Fall zweckmäßigerweise so lang, daß kein unverbrauchtes Metall das Reaktionsgefäß verläßt. Die Eintauchtiefe des als Rohr ausgebildeten Reaktionsgefäßes ist wenigstens so groß, daß der sich einstellende Wasserstoffdruck durch die der Eintauchtiefe entsprechende Wassersäule kompensiert wird und der Wasserstoff auf diese Weise nicht durch das Reaktionsgefäß nach unten entweichen kann.
Vergleichende Untersuchungen bezüglich der Ausgangsmaterialien wurden in einem geschlossenen Reaktionsgefäß bei Raumtemperatur durchgeführt; die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in den Fig. 2 bis 4 dargestellt.
In Fig. 2 ist die Abhängigkeit der Wasserstoff entwicklung von der Menge an Kobaltoxid, und zwar Co3U4, bei konstanter Chloridionenkonzentration w ledergegeben. Auf der Ordinate ist die Wasserstoffmenge H2 in Litern aufgetragen, auf der Abszisse die Zeit t in Minuten. Die Kurven wurden bei Verwendung von reinem Magnesium, d.h. Magnesium ohne Zusatz eines weiteren Metalls, erhalten. Als Reaktionslösung diente eine Lösung von 1 g Natriumchlorid in 0,5 1 Wasser.
Die Kurven 20,21 und 22 wurden mit MgZCo3O4-Gemischen erhalten, wobei jeweils zu 8 g Magnesium 0,05 g, 0,3 g bzw. 0,15 g Co3O4 zugesetzt wurden. Es zeigte sich, daß geringe Mengen an Kobaltoxid genügen, um eine gute Wasserstoffentwicklung zu gewährleisten. Ohne Kobaltoxidzusatz ist die Wasserstoffentwicklung praktisch gleich Null: nach 30 Minuten hat sich nur etwa 0,11 Wasserstoff gebildet; bei Kobaltoxidzusatz entwickeln sich zu Beginn der Reaktion pro Minute etwa 2,5 bis 31 Wasserstoff. Die Menge an gebildetem Wasserstoff wurde mit einer Gasuhr gemessen; der Wasserstoff druck betrug etwa 11 N/cmz. Die Ausbeute an Wasserstoff liegt unter den genannten Bedingungen bei etwa 60 bis 65%. Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der Wasserstoffentwicklung von der Chloridionenkonzentration bei konstantem Kobaltoxidzusatz. Auf der Ordinate ist wiedcrum die Wasserstoffmenge H2 in Litern und auf der Abszisse die Zeit t in Minuten aufgetragen. Es wurde jeweils ein Gemisch von 8 g Magnesium und 0,3 g Co3O4 verwendet, das zu 0,5 1 einer wäßrigen Natriumchloridlösung gegeben wurde. Die Kurven 30, 31,
ίο 32 und 33 zeigen die Ergebnisse bei einem Zusatz von 0,5 g, Ig, 2 g bzw. 14 g NaCl, d.h. bei Verwendung von Natriumchlorid in Mengen von 6,25%, 12,5%, 25% bzw. 175%, jeweils bezogen auf Magnesium.
Es zeigt sich, daß mit steigender Chloridkonzentration sowohl die Reaktionsgeschwindigkeit als auch die Ausbeute an entwickeltem Wasserstoff zunimmt. Bei einem Gehalt von etwa 2,8 Gewichtsprozent NaCl (Kurve33),d.h. bei Meerwasserbedingungen, beträgt die Ausbeute an Wasserstoff nahezu 70%; die Wasserstoffentwicklungsrate beträgt hier anfänglich etwa 4,7 l/min. Ohne Chloridzusatz erfolgt keine nennenswerte Wasserstoffentwicklung: nach 30 Minuten beträgt die entwickelte Wasserstoffmenge nur etwa 0,151.
»5 Die Ausbeute an entwickeltem Wasserstoff und die Reaktionsgeschwindigkeit kann weiter gesteigert werden, wenn dem Magnesium Aluminium beigemischt wird. Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit der Wasserstoffentwicklung vom Mischungsverhältnis Mg: Al,
wobei jeweils die gleiche Menge an Metallgemisch, nämlich 8 g, verwendet wurde, dem 0,3 g Co3O4 zugesetzt waren; als Reaktionslösung diente eine Lösung von 14 g Natriumchlorid in 0,5 1 Wasser. Auf der Ordinate ist wiederum die Wasserstoffmenge H2 in Li-
tern aufgetragen, auf der Abszisse die Zeit (in Minuten. Kurve 40 gilt für reines Magnesium, d.h. Magnesium ohne Aluminiumzusatz. Die Kurven 41, 42 und 43 geben die Meßergebnisse für Mg/Al-Gemische mit einem Mg:Al-Gewichtsverhältnis von etwa 5:3,4:4 bzw. 3:5 wieder, d. h. mit einem Aluminiumanteil im Gemisch von etwa 37,5 Gewichtsprozent, 50 Gewichtsprozent bzw. 62,5 Gewichtsprozent.
Beim Zusatz von Aluminium zu Magnesium wird
somit die Ausbeute an Wasserstoff erheblich gesteigert. Bei einem Gewichtsverhältnis Mg: Al von etwa 1:1 (Kurve 42) beispielsweise beträgt die Wasserstoffausbeute etwa 86% (bei reinem Magnesium, Kurve 40, etwa 70%); die Wasserstoffentwicklungsso rate liegt zu Beginn der Umsetzung bei etwa 6,5 l/min. Die Verwendung von Aluminium bringt darüber hin aus den Vorteil, daß pro Gramm eingesetztes Metall mengenmäßig mehr Wasserstoff erhalten werden kann. Reines Aluminium, d.h. Aluminium ohne Magnesium, zeigt - auch bei Zusatz von Kobaltoxid und Chloriden - bei Raumtemperatur mit Wasser keine merkliche Reaktion.
Andererseits ergibt sich auch bei der Umsetzung von Magnesium-Aluminium-Gemischen mit Wasser dann keine meßbare Reaktion, wenn die Umsetzung bei Raumtemperatur zwar in Gegenwart wasserlöslicher Chloride, aber ohne den Zusatz von Kobaltoxid durchgeführt wird. Ein Mg/Al-Gemisch mit einem Mg:Al-Gewichtsverhältnis von 2:6 beispielsweise
liefert mit einer kalten 2,8%igen NaCl-Lösung, d.h. bei Raumtemperatur, keinen Wasserstoff. Bei einer Temperatur der NaCl-Lösung (Menge: 0,5 1) von 90° C entwickeln 8 g des genannten Mg/Al-Gemi-
sches lediglich 1,95 1 Wasserstoff, d.h. etwa 21%.
Die Ausbeute an entwickeltem Wasserstoff kann beim erfindungsgemäßen Verfahren noch weiter erhöht werden, wenn die Reaktion bei erhöhter Temperatur durchgeführt wird. So erhöht sich beispielsweise bei Verwendung eines Metallgemisches (Zusätze wie oben) mit einem Mischungsverhältnis Mg:Al von etwa 1:7 die Ausbeute an Wasserstoff von etwa 50% bei Raumtemperatur auf etwa 90% bei einer Temperatur der wäßrigen Natriumchloridlösung von 80° C.
Die Wirkung der Zusätze, Kobaltoxid und Chlorid, zum Metallpulver beim erfindungsgemäßen Verfahren dürfte verschiedenartiger Natur sein. Die Chloridionen üben wahrscheinlich eine katalytische Wirkung in der Weise aus, daß sie die Metallhydroxidschicht angreifen und durchlöchern bzw. deren Ausbildung verhindern und dadurch die Metalle dem Angriff der Wassermoleküle zugänglich machen. Die katalytische Wirksamkeit der Kobaltoxide dürfte auf die Bildung von Lokalelementen zurückzuführen sein. Das elektropositivere Kobalt wird dabei am Magnesiumkorn
metallisch abgeschieden und begünstigt auf Grund seiner geringeren Wasserstoffüberspannung die Wasserstoffentwicklung. Ein Beweis dafür könnte darin gesehen werden, daß eine besonders gute Aktivierung der Metalle dann erreicht werden kann, wenn man das Kobaltoxid mit dem Metallpulver innig vermischt, beispielsweise durch Verreiben. Ein nachträglicher Zusatz von Kobaltsalzen zu einem Gemisch von Magnesium bzw. Magnesium/Aluminium mit Wasser und
ίο Chlorid ist wirkungslos. Die Chloride dagegen können sowohl dem Metallpulver als auch dem Wasser zugesetzt werden.
Außer in Brennstoffelementen bzw. in Brennstoffbatterien, welche aus einer größeren Anzahl von Brennstoffelementen bestehen, kann der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Wasserstoff auch für andere Zwecke verwendet werden. Als besonders geeignet erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren bei der Erzeugung relativ geringer Mengen von Wasserstoff, beispielsweise bei der Wasserstofferzeugung in Laboratorien.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
•09524/448

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff, insbesondere für Brennstoffelemente, durch Re- s aktion von Magnesium mit Wasser unter Zusatz wasserlöslicher Chloride, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesium in Gegenwart wenigstens eines Kobaltoxides zur Reaktion gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kobaltoxid Trikobalttetroxid Co3O4 verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Magnesium Aluminium zugesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Magnesium und Aluminium in einem Gewichtsverhältnis zwischen etwa 7:1 und 2:6 verwendet werden. ao
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis Mg: Al zwischen etwa 5:3 und 3:5 beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Ko- as baltoxid etwa zwischen 0,5 und 5 Gewichtsprozent beträgt, bezogen auf das Magnesium bzw. Magnesium-Aluminium-Gemisch.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Chlorid in einer Menge zwischen 5 und 200 Gewichtsprozent, bezogen auf das Magnesium bzw. Magnesium-Aluminium-Gemisch, verwendet wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Chlorid Natriumchlorid verwendet wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Meerwasser als wäßrige Chloridlösung verwendet wird.
DE19722244944 1972-09-13 1972-09-13 Verfahren zur erzeugung von wasserstoff Granted DE2244944B2 (de)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19722244944 DE2244944B2 (de) 1972-09-13 1972-09-13 Verfahren zur erzeugung von wasserstoff
NO3282/73A NO135281C (de) 1972-09-13 1973-08-20
GB4096973A GB1420048A (en) 1972-09-13 1973-08-30 Production of hydrogen
IT28581/73A IT995285B (it) 1972-09-13 1973-09-05 Procedimento per la produzione di idrogeno
SE7312208A SE387925B (sv) 1972-09-13 1973-09-07 Forfarande for framstellning av vetgas, spec. for brensleceller
FR7332618A FR2198887A1 (de) 1972-09-13 1973-09-11
US05/397,009 US3932600A (en) 1972-09-13 1973-09-13 Process for the generation of hydrogen
JP48103701A JPS4969559A (de) 1972-09-13 1973-09-13

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19722244944 DE2244944B2 (de) 1972-09-13 1972-09-13 Verfahren zur erzeugung von wasserstoff

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2244944A1 DE2244944A1 (de) 1974-03-21
DE2244944B2 true DE2244944B2 (de) 1976-06-10

Family

ID=5856225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19722244944 Granted DE2244944B2 (de) 1972-09-13 1972-09-13 Verfahren zur erzeugung von wasserstoff

Country Status (8)

Country Link
US (1) US3932600A (de)
JP (1) JPS4969559A (de)
DE (1) DE2244944B2 (de)
FR (1) FR2198887A1 (de)
GB (1) GB1420048A (de)
IT (1) IT995285B (de)
NO (1) NO135281C (de)
SE (1) SE387925B (de)

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3985866A (en) * 1974-10-07 1976-10-12 Hitachi Shipbuilding And Engineering Co., Ltd. Method of producing high-pressure hydrogen containing gas for use as a power source
DE2521090C3 (de) * 1975-05-12 1978-06-08 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff
US5308366A (en) * 1992-11-09 1994-05-03 Rockwell International Corporation Hot hydrogen production apparatus
US20010046113A1 (en) * 2000-02-09 2001-11-29 Schmidt David G. Alloy Compositions for use as electrode materials and for hydrogen production
AU2001271391A1 (en) * 2000-06-23 2002-01-08 Millenium Energy, Llc Novel compositions for use as electrode materials and for hydrogen production
US20020037452A1 (en) * 2000-06-23 2002-03-28 Schmidt David G. Novel compositions for use in batteries, capacitors, fuel cells and similar devices and for hydrogen production
US6582676B2 (en) 2000-08-14 2003-06-24 The University Of British Columbia Hydrogen generation from water split reaction
FR2818628B1 (fr) 2000-12-21 2003-03-07 Rhodia Chimie Sa Systeme generateur d'hydrogene et procede d'hydrodeshalogenation
JP2003226502A (ja) * 2002-02-06 2003-08-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水素発生装置及び方法
US20040016769A1 (en) * 2002-03-15 2004-01-29 Redmond Scott D. Hydrogen storage, distribution, and recovery system
WO2003078252A2 (en) * 2002-03-15 2003-09-25 Fuelsell Technologies, Inc. Method and apparatus for a hydrogen fuel cassette distribution and recovery system
US7169489B2 (en) * 2002-03-15 2007-01-30 Fuelsell Technologies, Inc. Hydrogen storage, distribution, and recovery system
US7399325B1 (en) 2002-03-15 2008-07-15 Fuelsell Technologies, Inc. Method and apparatus for a hydrogen fuel cassette distribution and recovery system
US20030234010A1 (en) * 2002-06-25 2003-12-25 Redmond Scott D. Methods and apparatus for converting internal combustion engine (ICE) vehicles to hydrogen fuel
US7037483B2 (en) * 2002-04-23 2006-05-02 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Process for producing high-pressure hydrogen and system for producing high-pressure hydrogen
US7011768B2 (en) * 2002-07-10 2006-03-14 Fuelsell Technologies, Inc. Methods for hydrogen storage using doped alanate compositions
US6849247B1 (en) 2002-07-10 2005-02-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Gas generating process for propulsion and hydrogen production
US20040065171A1 (en) * 2002-10-02 2004-04-08 Hearley Andrew K. Soild-state hydrogen storage systems
US20060188436A1 (en) * 2005-02-18 2006-08-24 Linnard Griffin Apparatus and method for the production of hydrogen
US20060180464A1 (en) * 2003-08-19 2006-08-17 Linnard Griffin Apparatus and method for the controllable production of hydrogen at an accelerated rate
US20050109162A1 (en) * 2003-11-24 2005-05-26 Linnard Griffin Apparatus and method for the reduction of metals
US20050232837A1 (en) * 2004-04-09 2005-10-20 Tomasz Troczynski Compositions and methods for generating hydrogen from water
WO2006072115A2 (en) * 2004-12-31 2006-07-06 Hydrogen Power, Inc. Method and composition for production of hydrogen
US7309479B2 (en) 2005-06-29 2007-12-18 Samsung Engineering Co., Ltd. Cobalt oxide catalysts
US7951349B2 (en) * 2006-05-08 2011-05-31 The California Institute Of Technology Method and system for storing and generating hydrogen
TW200811034A (en) * 2006-08-29 2008-03-01 Liung Feng Ind Co Ltd Method for producing hydrogen by using magnesium scrap and apparatus thereof
AT504292A1 (de) * 2006-09-22 2008-04-15 Alvatec Alkali Vacuum Technolo Wasserstoffgenerator für brennstoffzellen
US20090280054A1 (en) * 2008-03-05 2009-11-12 Parker John J Composition and process for the displacement of hydrogen from water under standard temperature and pressure conditions
US20100080755A1 (en) * 2008-03-05 2010-04-01 Alloy Surfaces Company, Inc. Composition and process for the displacement of hydrogen from water under standard temperature and pressure conditions and a hydrogen fuel system and methods of using the hydrogen fuel system
US7976684B2 (en) * 2008-08-09 2011-07-12 Francisco Rivera Ferrer Jacketed ultrasound system
US8668897B2 (en) 2009-01-05 2014-03-11 Technion Research & Development Foundation Limited Compositions and methods for hydrogen generation
WO2018117272A1 (ja) * 2016-12-23 2018-06-28 バイオコーク技研株式会社 水素生成装置および水素生成方法
JP6855657B2 (ja) * 2018-07-04 2021-04-07 株式会社エスイー 水素を用いた発電システム、及び、水素発生装置
US12012332B1 (en) 2023-01-30 2024-06-18 Kuwait University Dual hydrogen and suspension production system using effervescent tablets containing hydrogen active production metallic particles

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1059818A (en) * 1912-08-26 1913-04-22 Friedrich Bergius Process for the manufacture of hydrogen from metals and water.
US2623812A (en) * 1943-07-08 1952-12-30 Liddiard Production of hydrogen
US3017250A (en) * 1959-09-08 1962-01-16 Universal Oil Prod Co Continuous process for the production of hydrogen
US3540854A (en) * 1967-05-26 1970-11-17 United Aircraft Corp Metal-water fueled reactor for generating steam and hydrogen
US3703358A (en) * 1969-08-21 1972-11-21 Gen Electric Method of generating hydrogen with magnesium reactant

Also Published As

Publication number Publication date
JPS4969559A (de) 1974-07-05
SE387925B (sv) 1976-09-20
NO135281B (de) 1976-12-06
IT995285B (it) 1975-11-10
GB1420048A (en) 1976-01-07
NO135281C (de) 1977-03-16
US3932600A (en) 1976-01-13
FR2198887A1 (de) 1974-04-05
DE2244944A1 (de) 1974-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2244944B2 (de) Verfahren zur erzeugung von wasserstoff
DE2449588C2 (de) Verfahren zur Zersetzung einer wäßrigen, radioaktiven Abfallösung mit gelösten, anorganischen und organischen Inhaltsstoffen
DE2621930C2 (de) Elektrochemische Zelle
KR880005262A (ko) 인간 인슐린 전구체를 인간 인슐린으로 형질전환 시키는 방법
DE69816450T2 (de) Reduktion von nitraten
DE1949129B2 (de) Vorrichtung zur elektrochemischen Entfernung von Verunreinigungen aus wäßrigen Flüssigkeiten
DE3935798A1 (de) Verfahren zur gewinnung von rutheniumtetroxid durch oxidation von waessrigen loesungen von alkaliruthenaten
DE3535395A1 (de) Verfahren zur erzeugung von wasserstoff
DE69628962T2 (de) Verfahren zur Herstellung von Sauerstoff und Wasserstoff
EP0091659B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Zinkpulver für alkalische Batterien durch Amalgamieren von Zinkpulver
EP0279174A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Elektrolytmangandioxid
DE2748135C2 (de) Flexibler Graphitschichtstoff
DE2151572C2 (de) Verwendung von teilweise mit Polytetrafluoräthylen eingekapseltem Kohlenstoff als Kontaktvermittler
DE2402523A1 (de) Verfahren zum aufarbeiten von calciumcarbonat und metallisches quecksilber enthaltenden abfaellen
DE2630631C3 (de) Verfahren zur Abtrennung von Schwermetallen aus Flüssigkeiten bzw. Gasen
DE2612276C3 (de) Elektrochemisches Korrosionsschutzverfahren
DE4312179A1 (de) Verfahren zur Gewinnung von Metall aus Cyanid enthaltenden Abwässern
DE2219095A1 (de) Verfahren zur Reinigung von Abwässern
DE1816708A1 (de) Ammoniak-Primaerelement
DE2612712C3 (de) Galvanisches Füllelement
DE2713991A1 (de) Verfahren zur oxidation von in waessriger loesung enthaltenen oxidierbaren schadstoffen
DE2717368C3 (de) Verfahren zum Abscheiden von Metallen aus einer Metallionen enthaltenden wäßrigen Lösung
DE2024353C3 (de) Elektrolytische Zelle
DE1112722B (de) Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von Phosphin
WO2002065571A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur umwandlung vom wärme- und/oder strahlungsenergie in elektrische energie

Legal Events

Date Code Title Description
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977
EHJ Ceased/non-payment of the annual fee