Solarer Wasserstoff aus Schwefelsäure

Solarturm in Jülich mit Spiegelfeld, um Sonnenstrahlung für die thermische Spaltung von Schwefelsäure zu fokussieren. (Bild: DLR)

Solarturm in Jülich mit Spiegelfeld, um Sonnenstrahlung für die thermische Spaltung von Schwefelsäure zu fokussieren. (Bild: DLR)

Wissen­­schaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR haben in einem eur­opäischen Kooperations­projekt ein wichtiges Projekt zur CO2-freien indus­­triellen Herstellung von Wasser­­stoff abgeschlossen. Am Solarturm des DLR-Instituts für Solar­­forschung in Jülich wurde eine Anlage zur Spaltung von Schwefel­säure – einem Schritt der thermo­­chemischen Wasserstoff­­erzeugung – erfolgreich getestet. Die Anlage bildet in ihrer Größe die Brücke zwischen dem Labor­­maßstab und der indus­triellen Anwendung.

Wasser­stoff, als möglicher Ersatz für fossile Brenn­­stoffe, ist frei von CO2-Emissionen, wenn er aus Wasser mittels erneuer­­barer Energie erzeugt wird. Stand der Technik hierzu ist die konven­tionelle Wasser­elektrolyse, die jedoch einen niedrigen Gesamt­­wirkungsgrad aufweist, da zunächst Strom erzeugt werden muss. Dem gegenüber erfordert die direkte thermische Spaltung von Wasser Tempe­­raturen weit über 2.000 Grad Celsius, um ausreichende Mengen von Wasser­­stoff zu erzeugen. Daher werden thermo­­chemische Kreis­­prozesse eingeführt, welche die Prozess­­temperatur auf ein technisch hand­hab­bares Niveau von etwa 1.000 Grad Celsius senken.

Der Schwefel­­säurehybrid­­prozess (HyS) gilt als eines der aussichts­­reichsten Verfahren zur solar-thermo­chemischen Wasserstoff­­erzeugung aus Wasser, da der zwei­stufige HyS bei der gleichen Menge an Solar­­energie deutlich höhere Wirkungs­­grade erzielen kann als vergleich­bare Prozesse. Ein maß­­geblicher Teil­prozess ist die Schwefel­säure­spaltung, die bei technisch hand­hab­baren Tempe­­raturen unter 1.000 Grad Celsius abläuft und die Einbindung von Solar­­energie ermöglicht. Der Strom­­verbrauch für dieses Verfahren beträgt nur etwa ein Zehntel des Verbrauchs von konven­­tioneller Wasser­­elektrolyse, sodass der Energi­e­bedarf für die Wasserstoff­­produktion deutlich reduziert werden kann. Dies ist für eine indus­trielle Rea­lisierung der Wasserstoff­­techno­logie von entschei­dender Bedeutung.

Im Rahmen des euro­­päischen Projekts SOL2HY2 (Solar To Hydrogen Hybrid Cycles) wurde seit Juni 2013 eine Pilot­anlage entwickelt, um die solare Spaltung von Schwefel­­säure in einem rele­vanten Maßstab zu demons­trieren. Dieser De­mon­strator besteht aus drei Anlagen­­teilen, die nach­­einander durchlaufen werden. In einem elektrisch beheizten Verdampfer wird Schwefel­­säure (H2SO4) bei 400 Grad Celsius in Schwefel­trioxid (SO3) und Wasser­­dampf umgewandelt. Danach werden diese Gase bei über 1000 Grad Celsius in einem Solar­­receiver überhitzt. Schließlich wird Schwefel­­trioxid in einem mit Katalysator­­material (Eisenoxid) gefüllten Reaktions­­raum in Schwefel­­dioxid und Sauerstoff umgewandelt.

In dem realen Prozess würde dieses Schwefel­­dioxid nun mit Wasser elektro­­chemisch umgesetzt und wieder Schwefel­säure und Wasser­­stoff erzeugt. Bei der Demonstrations­­anlage wurden die Reaktions­­daten aufgezeichnet und an den Projekt­­partner Aalto Uni­versität Helsinki weiter­gegeben, die in einem Labor­­aufbau den Kreis­prozess schließen. In der Anlage in Jülich wurden die Gase in einem Abgas­­wäscher neutra­lisiert. „Im Projekt SOL2HY2 haben wir wichtige Erkennt­­nisse gewonnen, die für die Entwicklung und den Betrieb solarer Groß­anlagen zur Wasserstoff­­herstellung von großer Bedeutung sind. Der Schritt aus dem Labor hin zu einer Anlage im Groß­maßstab ist ein absoluter Härtetest für die Techno­­logie. Die dabei gesam­melten Erfahrungen sind ganz entscheidend für das in Kürze startende Nachfolge­­projekt PEGASUS.“ sagte Dennis Thomey vom DLR-Institut für Solar­­forschung.

Im Projekt SOL2HY2 wurden alle Schlüssel­­komponenten des HyS-Prozesses (solare Schwefel­säure-Spaltung, Schwefel­dioxid depola­ri­sierte Elektro­­lyse, Gas­trennung, Wärme­­speicherung) entwickelt und in relev­antem Maßstab demonstriert. Hierzu entwickelt das DLR eine Pilot­­anlage zur solaren Spaltung von Schwefel­­säure in der Größen­ordnung von 100 kW für den Betrieb auf dem Solarturm in Jülich. (Quelle: DLR)

Links: Solarthermisches Versuchskraftwerk Jülich, DLR-Institut für Solarforschung • Projekt SOL2HY2

Comments

  1. Michael Erwerle says:

    > In einem elektrisch beheizten Verdampfer wird Schwefel­­säure (H2SO4) bei 400 Grad Celsius in Schwefel­ dioxid (SO3)

    Es gibt Physiker die auf drei zählen können und es gibt welche die können es nicht…
    SO3=Schwefeltrioxid

    >und Wasser­­dampf umgewandelt. Danach werden diese Gase bei über 1000 Grad Celsius in einem Solar­­receiver überhitzt. Schließlich wird Schwefel­­dioxid in einem mit Katalysator­­material (Eisenoxid) gefüllten Reaktions­­raum in Schwefel­­dioxid und Sauerstoff umgewandelt.

    Ein Wunder wo kommt der Sauerstoff her? da wird Schwefeldioxid in Schwefeldioxid und Sauerstoff umgewandelt…

    Kann es sein dass da einmal mehr trioxid stehen müsste?

    • EnergyViewsEditors says:

      Sehr geehrter Herr Erwerle,

      Sie haben vollkommen recht. Besten Dank für den Hinweis. Korrektur ist erfolgt.

      Viele Grüße

      J.O.Löfken

      P.S. Ich weise die Quelle auch auf den Fehler hin…

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