Wasserstoff H2
Wasserstoff ist der Energieträger für langzeit Energiespeicherlösungen. Dabei wird der Wasserstoff in unterschiedlichen aggregatzuständen als Energiespeicher medium eingelagert.
Wasserstoff macht Druck!
Wir möchten an einem Techlogischen Beispiel des führenden Hersteller im Bereich von Wasserstofftechnologien der Firma H-TEC SYSTEMS aus Augsburg aufzeigen, welche Lösungen mit gasförmigem Wasserstoff als Energeispeichermedium prinzipiel möglich sind. Es ist eine von vielen industrialisierten Lösungen, die wir aus einem breiten Produktportfolie für unser Beispiel ausgewählt haben.
H-TEC SYSTEMS macht aus Wasserstofftechnologie CO₂-Neutralität (Quelle: Webseite H-TEC Systems - Link )
H-TEC SYSTEMS ist Wasserstoffexperte, Innovationstreiber und Partner der Energiewende. Im Auftrag der Zukunft und unserer Kunden entwickeln wir innovative PEM-Elektrolyseure und Elektrolyse-Stacks für die grüne Wasserstofferzeugung. Als technologischer Vorreiter gestalten wir die Wasserstofftechnologie seit über 25 Jahren entscheidend mit. An zwei Standorten in Deutschland und über alle Sektoren hinweg.
Wir glauben, dass Mobilität, Produktion und Konsum emissionsfrei möglich sind – und alternativlos. Aus Rücksicht auf nachfolgende Generationen und im Einklang mit der Natur. Nicht irgendwann, sondern technisch bereits heute. Wie jedes Land, jede Industrie und jedes Unternehmen dieses Ziel erreichen kann? Mit unserem Know-how, unserem Service und unseren Produkten. Dazu baut H-TEC SYSTEMS auf Kooperationen mit visionären Kunden und Partnern plus die Power unseres Eigentümers MAN Energy Solutions. Gemeinsam machen wir die Wasserstofferzeugung grün und die CO2-neutrale Transformation aller Sektoren real.
Deshalb ist unser Ziel, erneuerbare Energien durch den Einsatz führender PEM-Elektrolysetechnologie in grünen Wasserstoff umzuwandeln. Und damit ein neues, emissionsfreies Energiezeitalter zu befeuern. Dafür stehen wir.
Produkte (Auszug):
PEM-Elektrolyseur ME450 - Innovativ bis ins kleinste Detail: Die ME450 Elektrolyseure können 450 kg reinen Wasserstoff am Tag produzieren. Ihre kompakte Bauweise macht sie zudem flexibel einsetzbar.
PEM-Elektrolyseur HCS - Modular, skalierbar, leistungsstark: Das Hydrogen Cube System (HCS) ist ein modulares Baukastensystem, um große PEM-Elektrolyseanlagen für die Produktion von grünem Wasserstoff zu realisieren.
Dabei verfolgt H-TEC Systems folgende Lösungansätze:
Wie Sie erkennen ist diese ausschließlich gasbasierte Nutzung von grünem Wasserstoff als Energieträger vielseitig skalierbar für regionale Lösungsansätze verwertbar und unterstützt in der Nutzung alle denkbaren Anforderungen an die Nutzung.
Der nächte Eveolutionsschritt ist aus unserer Sicht die Nutzung von LOHC.
Man möchte es nicht für möglich halten, aber Deutschland ist mit der LOHC Lösung von Hydrogenious LOHC Technologies GmbH Weltmarktführer für LOHC Wasserstofftechnologien (Quelle: Hydrogenious LOHC Technologies GmbH - Link ).
Zitat Hydrogenious LOHC Technologies GmbH:
"Unsere LOHC-Technologie bietet die perfekte Lösung für die Wasserstoffwelt von heute und von morgen. Als Weltmarktführer in der LOHC-Technologie können wir Ihnen dabei helfen, Ihr Wasserstoffgeschäft weiterzuentwickeln. Unsere Technologie ermöglicht die Speicherung von Wasserstoff in einem Öl und damit die sichere und effiziente Handhabung in bereits vorhandener Kraftstoffinfrastruktur. Dies bietet erhebliche Vorteile für folgende Anwendungen.
Industrieller Wasserstoff
Wasserstoff ist eines der am häufigsten verwendeten Industriegase weltweit. Es gibt jedoch eine Herausforderung bei der dezentralen Wasserstoffversorgung: Der Transport ist teuer, ineffizient und mit Sicherheitsrisiken verbunden.
Unsere LOHC-Technologie ermöglicht:
- Die Speicherung und den Transport von sehr großen Mengen an Wasserstoff in Standardkraftstofftanks unter Umgebungsbedingungen.
- Die Speicherung von Wasserstoff in einem schwer entflammbaren, flüssigen Trägermaterial.
- Hohe Sicherheit an Chemie- und Industriestandorten.
Unsere LOHC-Technologie ist die perfekte Lösung für eine große Bandbreite an industriellen Prozessen. Das von Hydrogenious LOHC Technologies verwendete aromaten-basierte Trägermaterial ist nur schwer entflammbar und unter Umgebungsbedingungen speicherbar – ein weiterer Beweis für die hohe Sicherheit.
Sektorkopplung
Durch Sektorkopplung – z. B. die Verknüpfung erneuerbarer Energien mit den Sektoren Mobilität und Industrie – wird grüner Wasserstoff zum zentralen Energieträger (als Rohstoff, Kraftstoff und langfristiger Energiespeicher) auf dem Weg zu einer Dekarbonisierung unserer Lebensweise. Es gibt jedoch eine Herausforderung: Die besten Standorte für die Erzeugung erneuerbarer Energie befinden sich in der Regel nicht dort, wo die Energie, der Rohstoff oder der Kraftstoff benötigt werden.
Unsere LOHC-Technologie ermöglicht den Einsatz von grünem Wasserstoff durch:
- Sehr niedrige Kosten für Pufferspeicher zum Ausgleich des schwankenden Angebots aus erneuerbaren Energien sowie der Nachfrage aus Mobilität und Industrie.
- Einfachen Transport, der internationale und interkontinentale Lieferketten für grünen Wasserstoff ermöglicht.
- Die Möglichkeit der direkten Anbindung der Elektrolyse an unsere StoragePLANT.
Als Trägermaterial verwenden wir ein aromaten-basiertes Öl, das nur schwer entflammbar ist. So ist unsere LOHC-Technologie für den Transport und die Speicherung großer Mengen von Wasserstoff mit hohen Sicherheitsstandards ausgelegt.
Wasserstoffbetankung
Wir von Hydrogenious LOHC Technologies sind überzeugt, dass Wasserstoff der Kraftstoff der Zukunft ist. Es gibt jedoch eine große Herausforderung: die Bereitstellung und Speicherung großer Wasserstoffmengen an Wasserstofftankstellen.
Unsere LOHC-Technologie ermöglicht:
- Die Nutzung bestehender unterirdischer Kraftstofftanks an Tankstellen und den Wasserstofftransport in der bestehenden Kraftstoffinfrastruktur.
- Sichere Speicherung großer Mengen an Wasserstoff in einem schwer entflammbaren, flüssigen Trägermaterial.
Kommerzielle Wasserstofftankstellen mit über 1.000 kg gespeichertem Wasserstoff vor Ort können damit in dicht besiedelten Gebieten oder an Standorten mit begrenztem Platzbedarf realisiert werden. In Kombination mit den niedrigen Kosten der Versorgungsinfrastruktur kann die LOHC-Technologie die Kosten für den gelieferten Wasserstoff erheblich reduzieren.
Hydrogenious LOHC Technologies bietet Wasserstoff-Infrastrukturlösungen an auf Basis der neuartigen und innovativen Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC)-Technologie. Unsere Speicher- und Freisetzungsanlagen können unabhängig voneinander dimensioniert werden, so dass für jeden Kunden die richtige Lösung und ein optimaler Footprint möglich ist.
StoragePLANT
Systeme, die für die Speicherung von Wasserstoff in großen, industriellen Mengen entwickelt wurden und für die direkte Kopplung mit SMR oder Großelektrolyse ausgelegt sind. Anlagen können ab einer Wasserstoffspeicherkapazität von 5 und 12 Tonnen pro Tag kundenspezifisch dimensioniert werden.
Containerbasierte Systeme
Container basierte Systeme für kleinere Projekte und Pilotanwendungen. Mit vordefiniertem Footprint und damit einer einfachen Installation vor Ort. Unsere containerisierten Systeme sind für eine Wasserstoffentnahme von 0,9 Kilogramm pro Stunde verfügbar.
Die Release SYSTEMS sind darauf ausgelegt, Wasserstoff aus dem LOHC-Öl freizusetzen. Der Dehydrierungsprozess ist für einen kontinuierlichen Betrieb und Langzeitstabilität optimiert. Der endotherme Wasserstofffreisetzungsprozess erfordert Wärme, die durch Hochtemperatur-Abwärme, Erdgas, Strom oder Wasserstoff bereitgestellt werden kann.
Je nach erforderlicher Speicherkapazität bieten wir Anlagen ab einer Wasserstofffreisetzungskapazität von 1,5 Tonnen pro Tag an, ideal für Wasserstofftankstellen und die industrielle Versorgung.
Unsere containerbasierten Anlagen mit 0,9 kg Wasserstofffreisetzung pro Stunde bieten wir nur als Pilot- und Testanlagen an, für Projekte mit dem Ziel einer großvolumigen Wasserstoffnutzung.
Release PLANT
Großanlagen zur kontinuierlichen Wasserstofffreisetzung im großen Maßstab. Die Anlagen können ab einer Wasserstofffreisetzungskapazität von 1,5 Tonnen pro Tag kundenspezifisch dimensioniert werden.
Containerbasierte Release BOX 10
Containerbasierte Systeme für kleinere Projekte und Pilotanwendungen. Mit vordefiniertem Footprint und damit einer einfachen Installation vor Ort. Unsere containerbasierten Systeme sind für 0,9 Kilogramm Wasserstoffabgabe pro Stunde ausgelegt.
Bemerkung PMZ: Wie sie sehen ist diese Lösung vielseitig und skalierbar Einsetzbar, sowohl zur Herstellung vom LOHC für Lagerung und Transport. Dadurch können die Herstellung von grünem Wasserstoff und die Nutzung auch über größere Entefernungen abgebildet werden. Insbesondere die leichte, sichere Lagerung, als auch der Transport sind damit einfach und kostegünstig zu lösen, weil man auf bestehenden industrialisierte Lösungen aufsetzen kann.
Wie sehen aktuelle Projekte und Lösungen hierfür aus?
- Das H2Gate-Konsortium will 1 Million Tonnen grünen Wasserstoff über den Amsterdamer Hafen importieren und dabei auch auf die LOHC-Lösung der Hydrogenious LOHC Technologies GmbH setzen.
- Das Projekt AquaPortus bildet als Teil der AquaVentus Initiative die gesamte LOHC-Lieferkette ab. Winderzeugter Wasserstoff wird im LOHC gebunden und von der Insel Helgoland auf das Festland transportiert.
- IPCEI Green Hydrogen @ Blue Danube - Mit rd. 2 GW erneuerbarem Strom sowie rd. 1,5 GW Elektrolyseleistung sollen über 80.000 Tonnen grüner Wasserstoff pro Jahr zu wettbewerbsfähigen Preisen in Süd-Ost-Europa produziert werden, die via Liquid Organic Hydrogen Carrier-Lösungen von Hydrogenious LOHC Technologies nach Österreich und Deutschland importiert werden. Für die logistischen Hauptstrecken auf der Donau eignen sich bestens konventionelle Binnenschiffe, die sonst fossile Flüssigkraftstoffe laden.
- Hydrogenious LOHC Technologies lieferte im November 2017 die ersten LOHC-Systeme für kommerzielle Anwendungen an ihren Partner United Hydrogen Group in den USA aus.
- HySTOC -Hydrogen Supply and Transportation using Liquid Organic Hydrogen Carriers - Zusammen mit Partnern aus Deutschland, den Niederlanden und Finnland werden ersten LOHC-belieferten Wasserstofftankstelle in Europa etabliert.
- Die erste LOHC-Dehydrierungsanlage im kommerziellen Maßstab ging im Juni 2016 am Fraunhofer IAO in Betrieb.
Die Fraunhofer POWERPASTE - chemische Wasserstoffspeicherung (Quelle: Fraunhofer Institut - Link )
Zum Schluss möchten wir über eine neue Innovative Lösung für die Wasserstoff Speicherung hinweisen, die vor kurzem vom Fraunhofer Institut präsentiert wurde:
POWERPASTE, eine Erfindung des Fraunhofer IFAM, ist ein chemischer Wasserstoffspeicher mit extrem hoher Speicherdichte für PEM-Brennstoffzellen-Anwendungen. POWERPASTE erzeugt gasförmigen Wasserstoff beim Kontakt mit Wasser.
Am Fraunhofer ZESS wird die Synthese von POWERPASTE auf dem Technikumsmaßstab erprobt und erforscht, um erstmalig die Skalierung der Stoffsynthese hin zur Industrialisierung nachzuweisen.
Der erste Schritt der Synthese von POWERPASTE ist die Hydrierung von Magnesium-Pulver, wobei Magnesiumhydrid-Pulver entsteht:
Mg + H2 → MgH2
Diese leicht exotherme Reaktion erfolgt in einem speziellen Rührreaktor bei einem moderaten H2-Druck von ca. 6 bar nach dem Goldschmidt-Prozess. Der Wasserstoff kann vorher beispielsweise über Elektrolyse von Wasser, Pyrolyse von Biogas oder Dampfreformierung von Erdgas hergestellt werden. Magnesium-Pulver wird großtechnisch beispielsweise über Verdüsung von Magnesium oder trennende Verfahren hergestellt.
Um die Wasserstoff-Freisetzung aus POWERPASTE gut steuern zu können, ist vor allem die exakte Dosierung der Edukte, eine gute Vermischung von Magnesiumhydrid und Wasser sowie eine schnelle Hydrolyse-Reaktion des Magnesiumhydrid-Pulvers trotz sich bildender Mg(OH)2-Oberflächenschichten notwendig. Diese Voraussetzung werden in Darreichungsform einer pastösen Substanz technisch am besten erfüllt. Um eine homogene pastöse Masse mit definierten Fließeigenschaften zu erreichen, wird das Magnesiumhydrid-Pulver in einer Rührwerkskugelmühle zusammen mit einem Carbonsäureester und geringen Mengen eines Metallsalzes zu einer pastenförmigen Substanz vermahlen, wobei der Magnesiumhydrid-Feststoffanteil ca. 70 Vol.-% beträgt.
Um POWERPASTE nutzen zu können, muss sie in luft- und feuchtigkeitsdichten Behältern gelagert und transportiert werden. Zur Abfüllung von POWERPASTE wird eine automatische Dosier- und Abfüll-Einrichtung eingesetzt, die verschiedene Behältergeometrien erlaubt, z. B. zylindrische Kartuschen, Kanister oder Fässer. So kann POWERPASTE bei Umgebungsdruck mehrere Monate bis Jahre gelagert werden, ohne dass Wasserstoff verloren geht.
POWERPASTE erzeugt gasförmigen Wasserstoff beim Kontakt mit Wasser (Hydrolyse-Reaktion):
MgH2 + 2 H2O → 2 H2 + Mg(OH)2
POWERPASTE enthält etwa 10 Masse-% Wasserstoff, d.h. 1 kg Wasserstoff kann aus 10 kg POWERPASTE gewonnen werden. Dies entspricht einer spezifischen Energie von 1600 Whel/kg und einer Energiedichte von 1900 Whel/Liter (ca. 10-fache Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien). POWERPASTE ist patentiert (WO2014198948; WO2015189247) und bietet viele Vorteile gegenüber anderen Energiespeichertechnologien, insbesondere im Leistungsbereich von 100 W bis 10 kW, z. B. für Drohnen mit langen Flugzeiten oder Fahrzeuge mit erweiterter Reichweite, aber auch für verschiedene stationäre Anwendungen wie Notstrom-Generatoren.
Eine neue Technologie, die allerdings noch einen Weg bis zur finalen Industrialisierung vor sich hat, bevor Sie eine Relevanz als Lösungskomponente erlangt. Aber wir finden diese Technologie sehr innovativ und eine Alternative zum gasförmigen Wasserstoff, ähnlich wie es mit LOHC begann.
