Wasserstoffherstellung

Inhaltsverzeichnis

1 Wasserstoffherstellung 1.1 Herstellung Speicherung und Vertrieb von Wasserstoff 1.1.1 Dampfreformierung 1.1.2 Partielle Oxidation 1.1.3 Autotherme Reformierung 1.1.4 Elektrolyse von Wasser 1.1.5 Biomasse 1.1.6 Kværner-Verfahren 1.1.7 Grünalgen

Wasserstoffherstellung

Herstellung Speicherung und Vertrieb von Wasserstoff

Dampfreformierung

Bei diesem Verfahren werden Kohlenwasserstoffe die der Natur häufig auftreten und in Form Erdgasen wie Methan bereits für andere Energiegewinnungsverfahren werden in zwei Prozessen vom Wasserstoff getrennt. Art der Wasserstoffgewinnung ist bereits lange erprobt ausgereift so dass bereits große Anlagen mit Kapazität von 100˙000 m³/h vorhanden sind. Im Schritt wird im Reformer der Kohlenwasserstoff bei Temperatur von 800- 900°C und einem Druck ca. 25bar mit Wasser zur Reaktion gebracht.

Allgemeine Gleichung: C _n H _m + n H ₂ O => n CO + (n + H ₂ Mögliche Gleichung: CH ₄ + H ₂ O => CO + 3 H ₂

Das dabei entstandene Kohlenmonoxid (CO) wird getrennt und im zweiten Schritt Shiftreaktion genannt Wasserdampf versetzt. So entsteht nochmals ein Anteil Das Gas wird nun gereinigt und die 60% brennbaren Restbestandteile wieder zur Verbrennung zum zurückgeführt um möglichst effizient zu arbeiten.

Mögliche Gleichung: CO + H ₂ O => CO ₂ + H ₂

Das Gas wird nun gereinigt und zu 60% brennbaren Restbestandteile wieder zur Verbrennung Reformer zurückgeführt um bei der Wasserstoffgewinnung möglichst zu arbeiten.

Partielle Oxidation

Dieses Verfahren ist technisch auch bereits ausgereift. Hierbei wird Erdgas oder schwerer Kohlenwasserstoff in einem exothermen Prozess mit Wasser und versetzt. In einer folgenden Shiftreaktion wird vergleichbar der Dampfreformierung das vorhandene Kohlenmonoxid entfernt und entstehende Gas anschließend einer CO ₂ -Reinigung unterzogen.

mögliche Reaktionsgleichung: 2 CH ₄ + H ₂ O + O ₂ => CO + CO ₂ + 5 H ₂

In kohlereichen Ländern wie z.B. China Südafrika kann als Ausgangsprodukt für dieses Verfahren Kohle genutzt werden die vorher zermahlen und Wasser zu einer Suspension vermischt wird.

Autotherme Reformierung

Diese Art der Reformation auch Methanolreformierung eine Kombination der Dampfreformation und der partiellen um wesentlich höhere Wirkungsgrade zu erzielen. Dabei sowohl Methanol als auch anderes Erdgas Benzin Diesel verwendet werden. Dies geschieht durch genaue der Luft- und Wasserdampfzufuhr bei der exothermen um den Energiehaushalt im Gleichgewicht zu halten. da im Reformer Energie zugeführt werden muss die entstehende Energie der exothermen Reaktion durch zum Reformator genutzt werden.

Elektrolyse von Wasser

Diese Form der Umwandlung von Wasser Wasserstoff existiert schon seit 80 Jahren und wahrscheinlich auf lange Sicht die einzige sinnvolle Als Beispiel dafür gilt besonders die alkalische die durch niedrige Strompreise und häufige Kombination Wasserkraftwerken vor allem in Norwegen und Island wird. Die Reaktion findet in einem mit Elektrolyten (Salze Säuren Basen) gefüllten Gefäß statt dem sich zwei Elektroden befinden die mit betrieben werden. Der Herstellungsprozess läuft dabei in Teilreaktionen ab.

Kathode: 2 H ₂ O + 2 e- => H ₂ + 2 OH- Anode: 2 H ₂ O => O ₂ + 4 H+ + 4 e-

An der Anode werden im Prinzip abgegeben und von der Kathode wieder aufgenommen. zwei Teilprozesse ergeben zusammengefasst eine Gesamtreaktion bei der „Spaltungsprozess“ sichtbar wird d.h. dass Wasser seine zwei Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt

Gesamtreaktion: 2 H ₂ 0 => 2 H ₂ + O ₂

Biomasse

Ein weiteres Verfahren ist die Verbindung Pyrolyse und Vergasung von Biomasse. Die erste bei der Herstellung ist hierbei die Pyrolyse der als Endprodukte Primärgase (Erdgase) Koks und entstehen. Diese werden in einem zweiten Teilprozess Wasserdampf versetzt und es entsteht wiederum ein aus Wasserstoff Methan Kohlenmonoxid und –dioxid. Auch diesem zweiten Schritt muss Energie zugeführt werden es wird anschließend durch Dampfreformation Wasserstoff gewonnen. Verwendung von Biomasse mit hohem Feuchtigkeitsanteil z.B. von Haushalten kann durch Methangärung 60- 70 Methan erzeugt werden das in Brennstoffzellen der Generation z.B. MCFC direkt als Brenngas verwendet kann und hohe Wirkungsgrade ermöglicht.

Die bisher vorgestellten Möglichkeiten der Wasserstoffgewinnung alle zusätzliche Energie und verursachen somit zusätzlichen ₂ -Ausstoß bei deren eigener herkömmlicher Gewinnung. Die folgenden Verfahren vermeiden hingegen fast vollständig zusätzlichen ₂ -Ausstoß da sie einen solch hohen Wirkungsgrad bzw. sie mit alternativen Energien arbeiten.

Kværner-Verfahren

Das in Norwegen entwickelt Verfahren trennt in einem Plasmabrenner bei 1600°C vollständig in (reinen Kohlenstoff) und Wasserstoff.

mögliche Reaktionsgleichung: CH ₄ => C + 2 H ₂

Eine 1992 in Kanada erbaute Pilotanlage nahezu einen Wirkungsgrad von 100%! Dabei ist Energieverteilung /h wie folgt aufgebaut:

Grünalgen

Eine weitere Art der schadstofffreien Wasserstoffgewinnung mit Grünalgen verwirklicht worden. Da dieser Prozess erst vor kurzem entdeckt wurde ist noch Forschungsbedarf notwendig um höhere Ausbeuten an Wasserstoff erlangen. Das Ganze basiert auf dem Enzym Die Algen spalten mit Hilfe dieses Enzyms in Wasserstoff und Sauerstoff. Zur Energiegewinnung nutzen die natürliche Photosynthese unter Einwirkung von Sonne. ist zu beachten dass die Algen vorher eine Art Schwefeldiät gesetzt werden müssen. Dadurch der Stoffwechsel der Algen reduziert und sie eine für sich selber nicht mehr verwertbare in Form von Wasserstoff den sie an Umwelt abgeben. Eine Forschergruppe aus Bonn beschäftigt seit längerem mit diesem Phänomen und war in der Lage durch Genmanipulation der Algen Wasserstoffabgabe zu verdreifachen. Die Forscher sind optimistisch Effekt durch weitere Untersuchungen nutzbar zu machen in der Zukunft beispielsweise „biochemische Batterien“ zu

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