DE102009036005A1

DE102009036005A1 - Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse kombiniert mit destilliertem Wasser und/oder mit Abwärme aus thermodynamischen Energieerzeugungsprozessen

Info

Publication number: DE102009036005A1
Application number: DE102009036005A
Authority: DE
Inventors: Uwe Bastian
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2011-02-03

Abstract

Nutzung von Abwärme bei den thermodynamischen Prozessen bei Kraftwerken zur Herstellung von destilliertem Wasser als Elektrolysemedium.

Description

Ausgehend vom Stand der Technik einerseits bei der Elektrolyse zur Erzeugung von Wasserstoff als Speichermedium für die in der Natur diskontinuierlich erscheinenden regenerativen Energien wie Wind-, Sonnen-, Gezeitenenergien und anderen sowie Biomasse und dem aus diesen Energien gewandeltem elektrischen Strom für die Elektrolyse
und andererseits bei den thermodynamischen Prozessen bei der Stromerzeugung anfallenden Abwärme sollen diese Verfahren weiterentwickelt und kombiniert werden, so dass die Abwärme genutzt werden kann zur Herstellung von destilliertem Wasser/Wasserdampf und dieses Medium als Stoff und thermische Energie eingeht in einen Elektrolyseapparat.
Bei allen thermodynamischen Prozessen zur Umwandlung von chemischer Energie und Kernenergie in mechanische Energie unter anderem zur Stromerzeugung haben wir auf Grund des Zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik nur ca. ein Drittel der eingesetzten Energie als Exergie, also mechanisch nutzbare Energie zur Stromerzeugung vorliegen, während ca. zwei Drittel der eingesetzten Energie als Anergie, also thermische Energie dann vorliegen. Die Letztere (Wärme) kann oft gar nicht oder nur zu einem Teil wirtschaftlich und ökologisch Verwendung finden. Oft ist diese sogar schädlich in diesem Sinne und es verursacht Kosten diese zu beseitigen.
Andererseits wollen wir die regenerativen oder nachwachsenden Energien wie die Windenergie, die Solarenergie und andere nachhaltig nutzen. Diese liegen jedoch nur von der Zeit her und von der Menge her jeweils, diskontinuierlich vor. In den nächsten Jahren kommt es im Sinne der Bewältigung der Klimaveränderungen und der Umstellung auf eine sichere und ausreichende Energieversorgung auf der Basis der regenerativen Energien weltweit darauf an, für diese neuen Primärenergien gut lagerbare und gut transportable Sekundärenergieformen bzw. Speichermedien herzustellen.
Eine solches Medium kann der Energieträger Wasserstoff sein (oxydiert, also unter Energieabgabe, einfach zu Wasser). Wasserstoff wird bisher unter anderem technologisch durch die Elektrolyse gewonnen. Wasser wird mittels Elektrizität (Energiezuführung) in die Elemente Wasserstoff und Sauerstoff elektrochemisch aufgespalten. Diese Technologie ist jedoch bisher nicht ausreichend zur Wirtschaftlichkeit entwickelt. Die Elektrolyse von Wasser benötigt reines (destilliertes) Wasser. Zu dessen Erzeugung muss in separaten Prozessen Wärmeenergie verbraucht werden. Außerdem verläuft die Elektrolyse energetisch günstiger (auch unter 700°C), wenn der Prozess bei höheren Temperaturen gefahren wird. Es wird entsprechend weniger Elektroenergie zur Aufspaltung benötigt, umso mehr das aufzuspaltende Wasser erwärmt wird. Es muss also zu dem Zweck auch separat Wärme-Energie bereitgestellt werden.
Die Erfindung beruht hier darauf, zwei bisher separat und unwirtschaftlich ablaufende Prozesse zusammenzuführen und zu kombinieren:
Es handelt sich einerseits um den Thermodynamischen Prozess, wie bei der Erzeugung von Strom bei Kohle-, Öl-, Gas- und Kernkraftwerken sowie bei thermodynamischen Stromerzeugern durch nachwachsende Rohstoffe (Holz, Pflanzenöle, Biogas) sowie deren Derivate (wie Holzgas, Methan, andere Kohlenwasserstoffe und -gemische sowie Wasserstoff). Bei diesen Prozessen entstehen zirka zwei Drittel der eingesetzten Energie als Abwärme. Nur zirka ein Drittel ist in elektrischen Strom wandelbar. Die Wärme kann man schlecht lagern und transportieren. Der Strom selbst kann jedoch teilweise bei einer angeschlossenen Elektrolyse Verwendung finden, um Wasserstoff als gut lager- und transportfähigen Energieträger herzustellen.
Andererseits wird Wasserstoff durch die Elektrolyse hergestellt. Die Erfindung beruht darauf, die großen Mengen Abwärme bei den genannten Prozessen zeitlich und lokal nah beieinander zu nutzen. Siehe anliegende Abbildung/Zeichnung. Die Abwärme der thermodynamischen Kraftwerke wird zur Erzeugung von reinem Wasser (destilliertem Wasser, Wasserdampf genutzt. Das destillierte Wasser wird zur Elektrolyse verwendet. Die Wirkungsgrade der Elektrolyse sowie des thermodynamischen Prozesses steigen umso mehr, je wärmer das Wasser in den Elektrolyseprozess eingeführt wird. Der Strom für die Elektrolyse wird dabei durch entsprechende Wandler regenerativer Energien bereitgestellt: Windenergieanlagen, Photovoltaikanlagen, Gezeitenkraftwerke und andere.
Bevorzugt geeignet zur Anwendung dieser Erfindung sind Regionen in denen beide Komponenten territorial zusammen anzutreffen sind. Zum Beispiel Ostsee- und Nordseeküste bei Vorhandensein von herkömmlichen Kraftwerken und kaum nutzbarer Abwärme wegen mangelnder Bevölkerung und Industrie sowie starken Wind- und Sonnenenergiespitzen, die bisher nicht ausreichend bedarfsgerecht genutzt werden können.

Claims

Nutzung von Abwärme bei den thermodynamischen Prozessen bei Kraftwerken zur Herstellung von destilliertem Wasser als Elektrolysemedium.
Kombinierte Nutzung von Abwärme aus Kraftwerken, Wärmekraftwerken, Blockheizkraftwerken (Kohle-, Öl-, Gas-, Kernkraftwerke sowie Kraftwerke auf der Basis von Biomasse, anderen Kohlenhydraten und Wasserstoff selbst) und der Elektroenergie aus regenerativen Energiewandlern (Windenergieanlagen, Photovoltaikanlagen, Gezeitenkraftwerken und anderen) zur Verbesserung des Wirkungsgrades bei der Elektrolyse von Wasser zur Erzeugung von Wasserstoff als Energieträger und Sauerstoff. Dabei Anspruch aus 1. und Nutzung der Abwärme durch stoffliche Benutzung des heißen Wassers bzw. Dampfes bei der Elektrolyse.
Verwendung von Wärmetauschern: Die Abwärme und Restwärme der jeweiligen Prozesse könnte mittels geeigneter Wärmetauscher in nachfolgenden (quasi thermisch in Reihe geschalteter Elektrolysezellen weiter genutzt werden und jeweils zur Temperaturerhöhung thermisch ergänzt werden.