Patent WO-2012142996-A2 (WO)
Title: Wasseraufbereitung für wasserelektrolyse
Inventor: WERNER DIETRICH KARL
IPC: C10G2/00
Filed: 2012-04-10
Abstract: Die Wasserelektrolyse dient heute hauptsächlich der Herstellung von reinem Wasserstoff. In Zukunft wird jedoch durch Wasserelektrolyse hergestellter Wasserstoff als Sekundärenergieträger für erneuerbare Energien eine steigende Bedeutung erlangen. Damit ergibt sich die Notwendigkeit, die Wasserelektrolyse möglichst wirtschaftlich zu gestalten. Nach dem heutigen Stand der Technik liegt der Wirkungsgrad der Wasserelektrolyse bei ca. 80% Wasserstoffausbeute. 20% der elektrischen Energie gehen als Wärmeenergie verloren. Hinzu kommt, dass für einen störungsfreien Betrieb fortlaufend salzfreies, bzw. destilliertes Wasser zugegeben werden muss, das aus Süßwasser mittels Ionenaustauscher aufbereitet wird. Will man in „off shore" Windparks die elektrische Energie direkt in Wasserstoff verwandeln so muss, will man nicht Süßwasser herbeischaffen, Meerwasser entsalzt werden. Gleiches gilt für Solarkraftwerke in Wüstegegenden, welche sich in Küstennähe befinden. Es wurde nun festgestellt, dass zur elektrolytischen Herstellung von 1 Nm Wasserstoff 4,4 - 4,6 KW. benötigt werden, wovon 0,8 bis 0,9 KW als Wärmeenergie durch Kühlung des Elektrolysegerätes abgeführt werden muss. Andererseits muss für die Herstellung von 1 Nm Wasserstoff 0.8 l (802 g) aufbereitetes (destilliertes) Wasser in das Elektro lysegerät eingeleitet werden, für dessen Erwärmung und Destillation 0,8 bis 0,9 KW „Abfallwärme" ausreichen dürften. Durch die Integration der Wasseraufbereitung in die Elektrolyse bietet sich an, die Wasserelektrolyse in räumliche Nähe zur Gewinnung von Wind- oder Solarstrom zu bringen, welcher dann direkt als Gleichstrom mit der zum Elektrolysegerät passenden Spannung hergestellt werden kann. Das bedeutet eine wesentliche Vereinfachung der Gesamtanlage, sowohl bei der Elektrolyse, als auch bei Gewinnung, Transport und Umformung von Wind- oder Solarstrom. Der erfindungsgemäß hergestellte Wasserstoff kann als gleichfalls brennbares Gas in Erdgas eingeleitet und zusammen mit Erdgas in Verkehr gebracht werden. An der Verbrauchsstelle müssen jedoch die gegenüber Erdgas stark unterschiedlichen physikalischen, chemischen und brandtechnischen Eigenschaften von Wasserstoff berücksichtigt werden. Es ist auch möglich, den Wasserstoff zum Hydrieren von Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid und zur Rekonstruktion von Methan aus seinen Verbrennungsgasen zu verwenden. Koppelt man dabei das Elektrolysegerät und die Anlage zur Hydrierung von Kohlendioxid mit einem Gaskraftwerk, so kann in aufeinanderfolgenden Betriebszuständen zuerst das Kraftwerk Erdgas verströmen, wobei aus den Brandgasen Kohlendioxid abgetrennt werden kann. Im anschließenden Betriebszustand wird das Kohlendioxid mit vom Elektrolysegerät bereitgestelltem Wasserstoff zu Methan hydriert. Der erste Betriebszustand dient der Stabilisierung des Stromnetzes, im zweiten Betriebszustand wird überschüssiger Wind- und Solarstrom in Wasserstoff und dann in Methan überführt. Das Methan wird in das Erdgasnetz zurückgeleitet. Eine solche Anlage kann als Speicherkraftwerk eingesetzt werden. Gerade bei der Verwendung mit Erdgas, sei es zur Rückverstromung des Wasserstoffes oder sei es zur Rekonstruktion von Methan ist die beschriebene Vereinfachung der Zugänglichkeit des hochgereinigten Speisewassers für die Wasserelektrolyse von wirtschaftlicher Bedeutung.