Versuchsanlage zur Speicherung von Wasserstoff in Jahrestreffen der Fachgruppe Hochdruckverfahrenstechnik 04. - 05. März 2015, TU Darmstadt Inhetveen, P. , Alt, N.S.A. , Schlücker, E. Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Prozessmaschinen und Anlagentechnik Versuchsanlage zur Speicherung von Wasserstoff in Liquid Organic Hydrogen Carriers (LOHC) Einführung Das „Bavarian Hydrogen Center“ hat die Sicherstellung einer auf regenerativen Energiequellen beruhenden Speichertechnologie als Zielsetzung. Das Erreichen dieses Zieles soll durch intensive Erforschung einer auf Liquid Organic Hydrogen Carrier basierenden Wasserstoff-Speichertechnologie erfolgen. Die nachhaltige Bereitstellung des Energieträgers Wasserstoff gewährleistet der Einsatz von PV- und/oder Windkraftanlagen. Die exotherme Reaktion von Wasserstoff und Dibenzyltoluol (LOHC) findet bei pHYD = 30 bar , THYD = 150°C statt. Bei Energiebedarf läuft die endotherme Rückreaktion, d.h. die Entladung des Wasserstoffs aus dem energiereicheren LOHC in einer Entladeeinheit bei geringem Überdruck und TDEHYD > 220 °C, ab. Die Rückverstromung erfolgt durch Reaktion des gereinigten Wasserstoffes mit Luftsauerstoff in einer PEM-Brennstoffzelle ( Pel = 5 kW) zu Wasser. + 9 H2 Abb. 1: Chemische Reaktion des LOHC Dibenzyltoluol mit Wasserstoff Versuchsanlage Messung von Temperatur, Druck und Massenströmen Test einer dreistufigen Trocknung des Wasserstoffstromes aus der Elektrolyse Ermittlung der Effizienz des Elektrolyseurs und der Brennstoffzelle im stationären und dynamischen Betrieb Scale-up des Konzptes hin zu höheren Leistungs- klassen Zertifizierung zur Inverkehrbringung Abb.8: In-situ-Messsystem zur Bestimmung des Beladungsgrades des LOHC mit Wasserstoff Abb. 9: Beladeeinheit Abb. 2: Aktuelles R&I- Fließbild der Versuchsanlage (Stand: 23.01.2014) Ergebnisse der numerischen Simulation der selbsttätigen Fluidverteilung von LOHC in einem Hydrierreaktor zur konstruktiven Optimierung der Reaktorgeometrie Konstruktive und numerische Optimierung Abb. 4: Simulationsergebnisse der ersten Iterationsstufe Abb. 6: graphische Darstellung des Optimierungsprozesses Abb. 3: Entwurf einer Beladeeinheit mit mehreren Reaktorrohren Abb. 10: CAD- Aufstellungsplan der Versuchsanlage Abb. 5: Vergleichsspannung nach von Mises am Reaktorende Abb. 7: Simulationsergebnisse der optimierten Reaktorgeometrie Zielsetzung Bestimmung des Optimierungspotentiales: Ansätze: Erhöhung des Arbeitsdruckes (derzeit durch Elektro- lyse limitiert) verkürzte Reaktionszeit Umsatzrate steigt; Kostenminimierung, Wärme-Kopplung Bestimmung der Beladung von LOHC mit Wasserstoff mit in-situ-Raman-Spektroskopie und in-situ-Viskosimetrie Zusammenführung der Be- und Entladesysteme zur dynamisch betriebenen Gesamtanlage, d.h. sicherer und effektiver Umgang mit der fluktuierenden Energiebereitstellung in Form von regenerativen Energiequelle proof- of- concept im Feldversuch