Prozess- und Anlagentechnik für chemische Wasserstoffspeicherung
Prof. Dr.-Ing. Andreas Peschel
Die wissenschaftlichen Arbeiten des Lehrstuhls werden am Institut für nachhaltige Wasserstoffwirtschaft (INW) des Forschungszentrums Jülich durchgeführt. Der Bereich „Prozess- und Anlagentechnik“ des INW befasst sich mit Gesamtprozessen und Anlagen zur Herstellung und Verwendung von chemischen Wasserstoffträgern wie Ammoniak, Alkoholen und Ethern (z. B. Methanol und Dimethylether) sowie flüssigen organischen Wasserstoffträgern (LOHC = Liquid Organic Hydrogen Carrier).
Je nach Anwendung kann es sich bei dem betrachteten System um ein Speichersystem (Kombination aus Wassersstofferzeugung beispielsweise mittels Elektrolyse, Wasserstoffkonditionierung, Hydrierreaktion) oder um ein Wasserstoffbereitstellungssystem (Kombination aus Dehydrierung, Wasserstoffreinigung, -kompression und -verwendung) handeln. In beiden Fällen erfolgt eine Optimierung des Gesamtsystems in Bezug auf wirtschaftliche und technische Randbedingungen mit dem Ziel möglichst effiziente Prozesse und niedrige Wasserstoffbereitstellungkosten zu erhalten. Diese Optimierung umfasst dabei nicht nur den stationären Prozess, sondern auch dynamische Randbedingungen und Betriebsweise.
Für den Erfolg von chemischen Wasserstoffspeichern ist dabei die Integration mit dem Wasserstoffverbraucher in einem Gesamtsystem und die dynamische Systembetrachtung besonders wichtig. Dies kann einfach am Beispiel Wärmenutzung und Wärmeintegration verdeutlicht werden: Während einige Schritte im System Wärme erzeugen (Hydrierung, Kompression, Verstromung), verbrauchen andere Schritte im System diese (Dehydrierung, Reinigung, Konditionierung). Eine optimale Wärmeintegration erfordert allerdings nicht nur Apparate zur effizienten Wärmeübertragung, sondern eine örtliche und zeitliche Gesamtsystemoptimierung sowie die Integration mit mehreren Prozessen, da die Wärmefreisetzung und der Verbrauch ansonsten weder zur gleichen Zeit noch zum gleichen Ort noch auf den richtigen Temperaturniveaus stattfinden. Nur so gelingt es, Wärmeerzeugung und Wärmeverbrauch bestmöglich zu koppeln und die Effizienz des Systems zu maximieren.
Dies erfordert auch neue Ansätze im Bereich der Prozessanalyse, des Prozessdesigns, der Steuerungs- und Regelungstechnik sowie der Automatisierungstechnik. In diesen Bereichen werden am INW-4 optimierungsbasierte Ansätze für die Analyse, das Design und den optimalen Betrieb der Anlagen entwickelt und erprobt. Ebenfalls werden Ansätze zur Elektrifizierung und zur Wärmespeicherung in die Prozesse integriert.
Diese neuen Ansätze zur Prozesssynthese gehen am INW-4 einher mit der experimentellen Erprobung der Technologien und Prozesse in Laboranlagen, Miniplants und Pilotanlagen mit dem Ziel die neuen Technologien in die Praxis umzusetzen.
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