06. Übungsfragen Wasserstoffspeicherung

by Laura L.

Beschreiben Sie die Unterschiede bei der Speicherung von Druckwasserstoff für stationäre und mobile Anwendungen. Welche Faktoren sind für die Wahl des Betriebsdrucks ausschlaggebend?

Stationär

Röhren- oder Containerspeicher

Salzkavernen

20-100 bar (oder höher)

i.d.R. größer und für Nutzung an einem Standort konzipiert

Höhere Materialanforderungen bei höheren Drücken

Gewicht und Platz spielen untergeordnete Rolle  auch Einsatz von Stahlbehältern

Mobil:

Höhere Drücke einsetzbar (350-700 bar)

Einsatz von Kompositdruckbehältern

Kleinere, kompaktere Systeme

Ausgelegt für Fahrzeuge, Transportmittel oder kleinere Geräte

Müssen leichter und kompakter sein

Verwendung von leichteren Materialien z.B. Carbonfaser und Innenlage aus Polymeren

Im Verkehrssektor schnelle Befüllung und Abnahme wichtig (für sichere Tankvorgänge)

Aufprallschutz und -sicherheit wichtig

Wahl des Betriebsdrucks:

Kavernen max. 200 bar

Autos bis zu 700 bar

Wie setzt sich der Gasinhalt einer Speicherkaverne zusammen? Wodurch wird die Speicherkapazität bestimmt?

Gasinhalt = Arbeitsgas + Kissengas

Speicherkapazität bestimmt durch:

Energiedichte

Realgasverhalten

Art der Kaverne

Tiefe Größe der Kaverne

Lithostatischer Druck

Welche Haupteinflussfaktoren bestimmen die Kosten der LOHC-Speicherung? Wie können diese beeinflusst werden?

Auswahl des LOHCs (Preis pro Menge)

Katalysator- und Reaktor- Design

Dehydrierungstemperatur —> beeinflusst durch Wahl des Trägermediums

Technischer Entwicklungsstand —> beeinflussbar durch die Auswahl der Speichertechnologie

Wärmequelle oder Wärmeabnehmer vorhanden? —> bei Dehydrierung wird viel thermische Energie benötigt, um H2 vom Kohlenwasserstoff abzuspalten —> diese Wärme kann entweder weiter genutzt oder bereitgestellt werden

Skaleneffekte: größere Produktionsmengen können Kosten optimieren

Warum kann die Kombination eines Wärmespeichersystems mit einem LOHC- oder Metallhydrid-Wasserstoffspeichersystem sinnvoll sein? Welche Anforderungen ergeben sich in Bezug auf das Wärmespeichersystem?

Bei beiden wird im Prozess jeweils Wärme bei der Beladung frei und bei der Entladung gebraucht —> verschiedene LOHCs und Metallhydride haben unterschiedliche Dehydrierungstemperaturen

Effizienz durch Wärmemanagement, Energieverbrauch senken

Anforderungen:

Ausreichend hohe Temperaturen der Abwärme aus Industrieprozessen

Hohe Speicherkapazität

Schnelle Reaktionszeit

Gute Integration in das Gesamtsystem

Wärmespeichersystem muss Temperatur über längeren Zeitraum konstant halten können

Bei längeren Transportwegen Einsatz zu hinterfragen

Energieaufwand der Wasserstoff-Verdichtung vor der Einspeicherung?

1->10 bar = 10->100 bar Verhältnis ist ausschlaggebend!

Spez. Gaskonstante H2

Temperatur

Realgaszahl für Verdichter Enddrücke

Drücke 1 und 2

Verdichterwirkungsgrad

Speicherung von LH2?

-253° C und 1 bar

Komprimieren + Vorkühlung
Entspannung ins 2 Phasengebiet unter Ausnutzung des Joule-Thompson-Effekt
Speicherung in Tank

Sehr hoher Energiebedarf im Vergleich zu CH4

Boil-Off Verluste durch Wärmeeintrag liegen bei ca. 0,25-0,5 %/Tag des gespeicherten Wasserstoffs für großtechnische Speicher

Wird kein Wasserstoff entnommen steigt der Druck kontinuierlich an

Metallhydridspeicherung?

Einlagerung des H2 in die Gitterstruktur eines metallischen Festkörpers

Bei der Wasserstoffaufnahme (Beladung, Absorption) wird Wärme freigesetzt
Für die Wasserstoffabgabe (Entladung, Desorption) muss Wärme zugeführt werden
240g H2 auf 14 kg Hybridbildener Legierung

Keine vorherige Verdichtung notwendig 10 - 50 bar

Temperaturniveau abhängig von den eingesetzten Metallen
- Niedertemperatur Hydride < 70 °C (z.B. Fe-Mn-Ti)
- Hochtemperatur Hydride 300-400 °C (z.B. Magnesium Hydrid)

LOHC-Speicherung?

Speicherung durch Hydrierung flüssiger, organischer Verbindungen (chem. kovalent gebunden)