DE20114745U1 - Device for generating hydrogen - Google Patents
Device for generating hydrogenInfo
- Publication number
- DE20114745U1 DE20114745U1 DE20114745U DE20114745U DE20114745U1 DE 20114745 U1 DE20114745 U1 DE 20114745U1 DE 20114745 U DE20114745 U DE 20114745U DE 20114745 U DE20114745 U DE 20114745U DE 20114745 U1 DE20114745 U1 DE 20114745U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- water
- hydrogen
- reaction
- oxygen
- direct current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/30—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
Vorrichtung zur Erzeugung von WasserstoffDevice for generating hydrogen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrochemischen Erzeugung von Wasserstoffgas (H2) durch Anwendung eines Elektrolyse-Verfahrens zur Zerlegung von Wasser (H2O) in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2), wobei der zur Durchführung der Elektrolyse benötigte Gleichstrom aus Sonnenenergie gewonnen wird.The invention relates to a device for the electrochemical production of hydrogen gas (H 2 ) by applying an electrolysis process for the decomposition of water (H 2 O) into its components hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ), wherein the direct current required to carry out the electrolysis is obtained from solar energy.
Als Ausgangsstoff zur Gewinnung von Wasserstoff (H2) eignet sich praktisch jede Wasserstoffverbindung. Normalerweise erfolgt die Herstellung von Wasserstoff jedoch aus Wasser (H2O)/ das als billiger Ausgangsstoff und in praktisch unbegrenzten Mengen zur Verfügung steht, sowie aus Methan (CH4) und anderen Kohlenwasserstoffen (CmHn) , die in Form von fossilen Brennstoffen (Kohle, Erdöl und Erdgas) gewonnen werden.Virtually any hydrogen compound can be used as a starting material for producing hydrogen (H 2 ). However, hydrogen is normally produced from water (H 2 O), which is a cheap starting material and is available in virtually unlimited quantities, and from methane (CH 4 ) and other hydrocarbons (C m H n ), which are obtained in the form of fossil fuels (coal, petroleum and natural gas).
Die Energie zur Spaltung von Wasser (H2O) in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) kann dabei in verschiedenster Form zugeführt werden, zum Beispiel als thermische, elektrische oder chemische Energie.The energy for splitting water (H 2 O) into its components hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) can be supplied in various forms, for example as thermal, electrical or chemical energy.
Um das im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung zur Spaltung von Wasser (H2O) verwendete Verfahren und alternative Lösungen, die nach heutigem Stand der Technik von technischer Bedeutung sind, zu verstehen, soll im Folgenden kurz auf die wichtigsten Aspekte und die Randbedingungen dieser Verfahren eingegangen werden.In order to understand the process used in the solution according to the invention for splitting water (H 2 O) and alternative solutions which are of technical importance according to the current state of the art, the most important aspects and the boundary conditions of these processes will be briefly discussed below.
P 25654 DEP 25654 EN
Die sogenannte "Thermolyse" (thermische Spaltung) des Wassers (H2O) in die beiden Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) gelingt auch bei sehr hohen Temperaturen nur unvollständig, wie der folgenden Tabelle entnommen werden kann:The so-called "thermolysis" (thermal splitting) of water (H 2 O) into its two components hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) is only partially successful even at very high temperatures, as can be seen from the following table:
So sind bei einer Temperatur T von 2.500 K (also +2.2270C) erst rund 4 % des Wasserdampfes (H2O) in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) gespalten. Demgemäß spielt die Thermolyse von Wasser für die Herstellung von Wasserstoff keine Rolle.At a temperature T of 2,500 K (i.e. +2,227 0 C), only about 4% of the water vapor (H 2 O) has been split into hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ). Accordingly, the thermolysis of water plays no role in the production of hydrogen.
Dabei bezieht sich allerdings der in dieser Tabelle wiedergegebene Dissoziationsgrad &agr; ausschließlich auf den in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) zerfallenen Wasseranteil. Tatsächlich werden bei der thermischen Spaltung von Wasser (H2O) neben den Molekülen H2 und O2 auch Radikale wie WasserstoffHowever, the degree of dissociation α shown in this table refers exclusively to the water fraction that has decomposed into hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ). In fact, the thermal splitting of water (H 2 O) produces not only the molecules H 2 and O 2 but also radicals such as hydrogen
2" 2 "
ionen (H+) , Sauerstoff ionen (O2") , Hydroniumionenions (H + ) , oxygen ions (O 2 ") , hydronium ions
Hydroxidionen (OH") gebildet, so dass der wahre Dissoziationsgrad &agr; insbesondere bei höheren Spaltungstemperaturen T erheblich größer ist.Hydroxide ions (OH") are formed, so that the true degree of dissociation α is considerably larger, especially at higher cleavage temperatures T.
Aus Wasser (H2O) kann Wasserstoff (H2) mit stark unedlen Metallen, wie zum Beispiel mit den Alkalimetallen Natrium (Na) oder Kalium (K) bzw. mit den Erdalkalimetallen Magnesium (Mg) oder Calcium (Ca), in einer stark exotherm verlaufenden Reaktion freigesetzt werden. Dies wird allgemein durch ein negatives Vorzeichen der Reaktionsenthalpie AH^98 dargestellt. So entstehen beispielsweise bei der exothermen Reaktion der beiden Edukte Natrium (Na) und Wasser (H2O) bei einer Temperatur von T0 = 298 K die Produkte Wasserstoff (H2) und NaHydrogen (H 2 ) can be released from water (H 2 O) with highly base metals, such as the alkali metals sodium (Na) or potassium (K) or with the alkaline earth metals magnesium (Mg) or calcium (Ca), in a highly exothermic reaction. This is generally represented by a negative sign of the reaction enthalpy AH^ 98. For example, the exothermic reaction of the two reactants sodium (Na) and water (H 2 O) at a temperature of T 0 = 298 K produces the products hydrogen (H 2 ) and Na
tronlaugehydroxide solution
P 25654 DEP 25654 EN
Reduktion OxidationReduction Oxidation
+ 1 -II+ 1 -II
2 H2O2 H 2 O
NaN/a
+ 2 e"+ 2 e"
H2(g)tH 2( g)t
+1+1
OHOH
(aq)(aq)
Redoxreaktion: 2 Na(f) + 2 H2O1^, -» 2 Na+ (aq) + 2 0H'(aq, +&EEgr;2(9)&Tgr;Redox reaction: 2 Na (f) + 2 H 2 O 1 ^, -» 2 Na + (aq) + 2 0H' (aq , +&EEgr; 2(9) &Tgr;
mit AHj98 » -335 kJ.with AHj 98 » -335 kJ.
In dieser Reaktion bilden Na und Na+ ein erstes korrespondierendes Redoxpaar, wobei Natrium (Na) als Reduktionsmittel
wirkt und die entstehenden Natriumionen (Na+) als Oxidationsmittel agieren. Gekoppelt ist es mit einem zweiten korrespondierenden Redoxpaar, bestehend aus H2O und OH", wobei Wasser (H2O) als Oxidationsmittel fungiert und bei dieser Reaktion gebildeten Hydroxidionen (OH") als Reduktionsmittel dienen.In this reaction, Na and Na + form a first corresponding redox pair, with sodium (Na) as a reducing agent
and the resulting sodium ions (Na + ) act as oxidizing agents. It is coupled with a second corresponding redox pair consisting of H 2 O and OH", whereby water (H 2 O) acts as the oxidizing agent and hydroxide ions (OH") formed in this reaction serve as the reducing agent.
Hochgestellte römische Ziffern symbolisieren dabei die Oxidationszahlen des jeweiligen Elements. Die Klammerausdrücke beziehen sich auf den Aggregats- bzw. Lösungszustand des jeweiligen Stoffes, wie der folgenden Tabelle zu entnehmen ist:Superscript Roman numerals symbolize the oxidation numbers of the respective element. The expressions in brackets refer to the state of aggregation or solution of the respective substance, as can be seen in the following table:
LösungszustandAggregate or
Solution state
in wässriger LösungCations or anions
in aqueous solution
Die Reaktionsenthalpie dieser Reaktion wird durch das SymbolThe reaction enthalpy of this reaction is given by the symbol
298298
bezeichnet, wodurch ausgedrückt wird, dass die bei dieser Reaktion freigesetzte Energie unter standardisierten Be-which expresses that the energy released in this reaction under standardized conditions
&Ggr; &ngr;*"&Ggr;&ngr;*"
P 25654 DE " * '··* ♦ ·' *,.* .·.P 25654 DE " * '··* ♦ ·' *,.* .·.
dingungen, also bei Normaldruck (po = 1.013 mbar) und Normaltemperatur (T0 = 298 K = +250C), gemessen wurde.conditions, i.e. at normal pressure (po = 1,013 mbar) and normal temperature (T 0 = 298 K = +25 0 C).
In ähnlicher Weise wie bei der Reaktion von Natrium (Na) und Wasser (H2O) erhält man Wasserstoff (H2) beispielsweise auch durch die Umsetzung von Kalium (K) mit Wasser (H2O) zu Kalilauge (KOH) :In a similar way to the reaction of sodium (Na) and water (H2O), hydrogen (H2) is also obtained, for example, by the reaction of potassium (K) with water (H2O) to form potassium hydroxide (KOH):
2 K(f) + 2 H20(fl) -+ 2 K+ (aq) + 2 0H",aq, + H2(g)t mit der Reaktionsenthalpie AHj98 < 0.2 K (f) + 2 H 2 0 (fl) -+ 2 K + (aq) + 2 0H", aq , + H 2(g) t with the reaction enthalpy AHj 98 < 0.
In dieser Reaktion bilden K und K+ ein erstes korrespondierendes Redoxpaar, wobei Kalium (K) als Reduktionsmittel wirkt und die entstehenden Kaliumionen (K+) als Oxidationsmittel agieren. Das zweite korrespondierende Redoxpaar besteht wieder aus H2O und OH", wobei Wasser (H2O) als Oxidationsmittel fungiert und die im Rahmen dieser Reaktion gebildeten Hydroxidionen (OH") als Reduktionsmittel dienen.In this reaction, K and K + form a first corresponding redox pair, with potassium (K) acting as a reducing agent and the resulting potassium ions (K + ) acting as an oxidizing agent. The second corresponding redox pair again consists of H2O and OH", with water (H 2 O) acting as an oxidizing agent and the hydroxide ions (OH") formed in this reaction serving as a reducing agent.
Ferner kann Wasserstoff (H2) auch bei der Umsetzung von Magnesium (Mg) mit Wasserdampf (H2O) zu Magnesiumoxid (MgO) erzeugt werden:Furthermore, hydrogen (H 2 ) can also be produced by the reaction of magnesium (Mg) with water vapor (H 2 O) to form magnesium oxide (MgO):
Reduktion: H20(g) -» H2(g)t + <0> Oxidation: Mg(f) + <0> ->· MgO(f) Reduction: H 2 0 (g) -» H 2(g) t + <0> Oxidation: Mg (f) + <0>-> MgO (f)
Redoxreaktion: Mg(f) + &EEgr;2&Ogr;(9) ~> MgO(f) + H2(g)tRedox reaction: Mg (f) + EEgr; 2 O( 9 ) ~> MgO (f) + H 2(g) t
mit AHR » -260 kJ.with AH R » -260 kJ.
Hierbei übernimmt das Erdalkalimetall Magnesium (Mg) die Rolle eines Reduktionsmittels und Wasser (H2O) die eines Oxidationsmittels. Die spitzen Klammern deuten an, dass der bei der Reduktion gebildete atomare Sauerstoff (0) nicht freiHere, the alkaline earth metal magnesium (Mg) takes on the role of a reducing agent and water (H 2 O) that of an oxidizing agent. The angle brackets indicate that the atomic oxygen (0) formed during the reduction is not free
P 25654 DE " * *· ··' '..' .:,P 25654 DE " * *· ··' '..' .:,
5
wird, sondern sich unmittelbar nach seiner Entstehung mit dem5
but immediately after its creation with the
vorhandenen Magnesium (Mg) zu Magnesiumoxid (MgO) verbindet.existing magnesium (Mg) to form magnesium oxide (MgO).
In ähnlicher Weise erhält man Wasserstoff (H2) beispielsweise auch durch die Umsetzung von Calcium (Ca) mit Wasser (H2O) zu Calciumhydroxid (Ca(OH)2):In a similar way, hydrogen (H2) is obtained, for example, by reacting calcium (Ca) with water (H 2 O) to form calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ):
Ca(f, + 2 H20(fl) -» Ca2+ (aq) + 2 0H"(aq) + H2(g)t mit der Reaktionsenthalpie AH^98 < 0,Ca (f , + 2 H 2 0 (fl) -» Ca 2+ (aq) + 2 0H" (aq) + H 2(g) t with the enthalpy of reaction AH^ 98 < 0,
wobei das Erdalkalimetall Calcium (Ca) als Reduktionsmittel agiert und Wasser (H2O) als Oxidationsmittel dient.where the alkaline earth metal calcium (Ca) acts as a reducing agent and water (H 2 O) serves as an oxidizing agent.
Auch Eisen (Fe) kann bei hohen Temperaturen mit Wasserdampf (H2O) zu Eisen (III)-oxid (Fe2O3) und Wasserstoff (H2) umgesetzt werden:Iron (Fe) can also be converted into iron (III) oxide (Fe 2 O 3 ) and hydrogen (H 2 ) at high temperatures with water vapor (H 2 O):
Reduktion: H20(g) -» H2(g)t + <0> |-3Reduction: H 2 0 (g) -» H 2(g) t + <0> |-3
Oxidation: 2 Fe{f) + 3 <0> -» Fe2O3(f) Oxidation: 2 Fe {f) + 3 <0> -» Fe 2 O 3(f)
Redoxreaktion: 2 Fe{f) + 3 H20(g) -> Fe2O3{f) + 3 H2(g)tRedox reaction: 2 Fe {f) + 3 H 2 0 (g) -> Fe 2 O 3{f) + 3 H 2(g) t
mit &Dgr;&EEgr;&Kgr; > 0.with Δ�EEgr; �Kgr; > 0.
In begrenztem Umfang dient auch die Zerlegung von Wasser (H2O) durch rotglühendes Eisen (Fe) bei etwa +5000C zur Wasserstoff erzeugung. Bei dieser Reaktion entstehen die Produkte Eisen(II)-oxid (FeO) und Wasserstoff (H2), wobei Eisen (Fe) zu Eisen(II)-oxid oxidiert wird und Wasser (H2O) zu Wasserstoff (H2) reduziert wird, wie der folgenden Reaktionsgleichung entnommen werden kann:To a limited extent, the decomposition of water (H 2 O) by red-hot iron (Fe) at around +500 0 C is also used to produce hydrogen. This reaction produces the products iron(II) oxide (FeO) and hydrogen (H 2 ), with iron (Fe) being oxidized to iron(II) oxide and water (H 2 O) being reduced to hydrogen (H 2 ), as can be seen from the following reaction equation:
H2O(g)+Fe(f) FeO(f) + H2(g)T,H 2 O (g) + Fe (f) FeO (f) + H 2 (g) T,
&ugr;·' -i Nj &pgr;&ugr;·' -i Nj &pgr;
P 25654 DE ·· ·· ..* .;.P 25654 DE ·· ·· ..* .;.
6
wobei Eisen (Fe) als Reduktionsmittel agiert und Wasser (H2O)6
where iron (Fe) acts as a reducing agent and water (H 2 O)
als Oxidationsmittel dient.serves as an oxidizing agent.
Wie zusammenfassend festgestellt werden kann, beruhen die bei den oben genannten Reaktionen ablaufenden Vorgänge darauf, dass alle genannten Metalle (Na, K, Mg, Ca, Fe) in der Lage sind, Wasser (H2O) zu Wasserstoff (H2) zu reduzieren.As can be summarized, the processes occurring in the above-mentioned reactions are based on the fact that all of the metals mentioned (Na, K, Mg, Ca, Fe) are able to reduce water (H 2 O) to hydrogen (H 2 ).
Da praktisch alle Nichtmetalle Wasser (H2O) nur unter Energiezufuhr spalten können, spielen sie für die Wasserstoffherstellung im Labor keine Rolle. Eine Möglichkeit zur Gewinnung kleiner Wasserstoffmengen im Rahmen einer exothermen Reaktion besteht allerdings auch in der Umsetzung von Wasser (H2O) mit Calciumhydrid (CaH2) :
15Since practically all non-metals can only split water (H 2 O) with the addition of energy, they play no role in hydrogen production in the laboratory. However, one possibility for producing small amounts of hydrogen in an exothermic reaction is to react water (H 2 O) with calcium hydride (CaH 2 ):
15
CaH2<f) + 2 H2O(JT1) -> Ca (OH) 2(aq) + 2 H2(g)TCaH 2 <f) + 2 H 2 O(JT 1 ) -> Ca (OH) 2(aq) + 2 H 2(g) T
mit der Reaktionsenthalpie AHj98 * -955 kJ.with the reaction enthalpy AHj 98 * -955 kJ.
Dabei wird aus 1 kg Calciumhydrid (CaH2) rund 1 m3 Wasserstoff (H2) frei.Approximately 1 m 3 of hydrogen (H 2 ) is released from 1 kg of calcium hydride (CaH 2 ).
Calciumhydrid (CaH2) kann im Labor bei 4000C durch Überleiten von Wasserstoff (H2) über Calcium (Ca) im Rahmen einer exothermen Reaktion hergestellt werden:
25Calcium hydride (CaH 2 ) can be produced in the laboratory at 400 0 C by passing hydrogen (H 2 ) over calcium (Ca) in an exothermic reaction:
25
Ca(f) + H2(g) > CaH2(f)Ca(f) + H2(g) > CaH 2( f)
mit der Bindungsenthalpie &Dgr;&EEgr;&Bgr; » -779 kJ-mol"1.with the binding enthalpy Δ�EEgr; β » -779 kJ-mol" 1 .
Damit besteht die Möglichkeit, Wasserstoff (H2) als Calciumhydrid (CaH2) zu speichern und später Wasserstoff (H2) mit Hilfe von Wasser (H2O) wieder freizusetzen.This makes it possible to store hydrogen (H 2 ) as calcium hydride (CaH 2 ) and later release hydrogen (H 2 ) with the help of water (H 2 O).
Wasserstoff kann heute im Labor auch durch Einwirkung von Säuren (HnA) '^^'BaA^^IOH^); auf"i&§d:Ce M?tpl*ie wie ZinkHydrogen can now also be produced in the laboratory by the action of acids (H n A) '^^'BaA^^IOH^);on"i&§d:Ce metals such as zinc
\&bgr; \ &bgr;
P 25654 DE ** &bgr; ·· ·· \.&bgr; ..\P 25654 DE ** &bgr; ·· ·· \. &bgr; ..\
(Zn) oder Eisen (Fe) hergestellt werden. Die dabei verwendeten Formelzeichen sind wie folgt erklärt:(Zn) or iron (Fe). The formula symbols used are explained as follows:
A: Säurerest (z.B. BO^" , CO^ , Cl" , &Ngr;&Ogr;3 , PO3," , SO^- , HCOO") ,A: Acid residue (e.g. BO^" , CO^ , Cl" , NΩ3 , PO 3 , , SO^ - , HCOO") ,
B: Basenrest (z.B. Ca2+ , Li + , Na+ , K+ , Al3+ ),B: base residue (e.g. Ca 2+ , Li + , Na + , K + , Al 3+ ),
&eegr; 6 N: Basizität des Säurerests A (in der Regel: &eegr; < 3) , m 6 N: Säurigkeit des Basenrests B (in der Regel: m < 3) .η 6 N: basicity of the acid residue A (usually: η < 3), m 6 N: acidity of the base residue B (usually: m < 3).
Zu diesem Zweck wird der sogenannte "Kippsche Apparat" verwendet, der auch für die Herstellung vieler anderer Gase im Labor geeignet ist, wie beispielsweise zur Gewinnung von Kohlendioxid (CO2) , Sauerstoff (O2) oder Chlor (Cl2) . Er besteht aus einem Kugeltrichter und einem mit einer Einschnürung versehenen Entwicklungsgefäß. Trichter und Entwicklungsgefäß sind durch einen Glasschliff derart miteinander verbunden, dass das lange Ansatzrohr des Trichters bis in den unteren Teil des Entwicklungsgefäßes hineinragt, ohne dabei die Verbindung der beiden Volumenteile des Entwicklungsgefäßes zu unterbrechen. Im mittleren Teil des Apparats befindet sich das Metall (Me), der obere und untere Teil enthält eine Säure (HnA). Wird der Hahn des mittleren Teils geöffnet, so fließt infolge des Überdrucks der Flüssigkeitssäule die Säure (HnA) aus dem oberen in den unteren Teil, gelangt so schließlich mit dem Metall (Me) im mittleren Teil in Berührung und reagiert mit diesem unter Bildung von Wasserstoff (H2) . Schließt man den Hahn, so wird der Kontakt zwischen Säure (HnA) und Metall (Me) unterbrochen, und die Gasentwicklung kommt zum Stillstand. Auf diese Weise kann die Wasserstoffentwicklung durch ein Öffnen und Schließen des Hahns in Gang gebracht und wieder beendet werden.For this purpose, the so-called "Kipp apparatus" is used, which is also suitable for the production of many other gases in the laboratory, such as for the production of carbon dioxide (CO 2 ), oxygen (O 2 ) or chlorine (Cl 2 ). It consists of a spherical funnel and a development vessel with a constriction. The funnel and development vessel are connected to one another by a ground glass joint in such a way that the long connecting tube of the funnel extends into the lower part of the development vessel without interrupting the connection between the two volumes of the development vessel. The metal (Me) is in the middle part of the apparatus, and the upper and lower parts contain an acid (H n A). If the tap in the middle part is opened, the acid (H n A) flows from the upper to the lower part due to the excess pressure of the liquid column, finally coming into contact with the metal (Me) in the middle part and reacting with it to form hydrogen (H 2 ). If the tap is closed, the contact between acid (H n A) and metal (Me) is interrupted and the evolution of gas comes to a halt. In this way, the evolution of hydrogen can be started and stopped again by opening and closing the tap.
Ein Beispiel für die Freisetzung von Wasserstoff durch Einwirkung einer Säure (HnA) auf ein Metall (Me) ist die Reaktion von Zink £Z*$^*mits**§§Tgs4ure: ^ClT/ «Djisän djig E&nwirkungAn example of the release of hydrogen by the action of an acid (H n A) on a metal (Me) is the reaction of zinc £Z*$^*withs**§§Tgs4ur: ^ClT/ «Djisän djig E&nwirkung
P 25654 DE ** * ·· ··* "♦·*P 25654 DE ** * ·· ··* "♦·*
von Salzsäure (HCl) auf Zink (Zn) wird das Metall unter Entwicklung von Wasserstoff (H2) und Zinkchlorid (ZnCl2) langsam aufgelöst, wie der folgenden Redoxreaktion entnommen werden kann:of hydrochloric acid (HCl) on zinc (Zn), the metal is slowly dissolved with the development of hydrogen (H 2 ) and zinc chloride (ZnCl 2 ), as can be seen from the following redox reaction:
+ 1 -II _!+ 1 -II _!
Reduktion: 2 H3O+ (aq) + 2 Cl"(aq) + 2 e"Reduction: 2 H 3 O + (aq) + 2 Cl" (aq) + 2 e"
+ 1 -II 0 -I+ 1 -II 0 -I
-* 2 H2O (fl) + H2(g)t + 2 Cl"(aq)-* 2 H 2 O (fl) + H 2(g) t + 2 Cl"(aq)
0 +110 +11
Oxidation: Zn (f) -> Zn2+ (aq) + 2 e"Oxidation: Zn (f) -> Zn 2+ (aq) + 2 e"
Redoxreaktion: Zn(f) + 2 HCl (aq) -> ZnCl2(aq) + H2(g)tRedox reaction: Zn (f) + 2 HCl (aq) -> ZnCl 2(aq) + H 2(g) t
mit AH^98 < 0 (exotherme Reaktion) .with AH^ 98 < 0 (exothermic reaction) .
In diesem Fall agiert Zink (Zn) als Reduktionsmittel und Salzsäure (HCl) als Oxidationsmittel. 15In this case, zinc (Zn) acts as a reducing agent and hydrochloric acid (HCl) as an oxidizing agent. 15
Für die Herstellung von Wasserstoff (H2) im Labor können fer ner die Umsetzungen der Metalle Aluminium (Al) und Silicium (Si) mit heißer Natronlauge (NaOH) genutzt werden:For the production of hydrogen (H 2 ) in the laboratory, the reactions of the metals aluminium (Al) and silicon (Si) with hot sodium hydroxide solution (NaOH) can also be used:
Al(f) +Na+ (aq) +0H"(aq) + 3 H2O1n, -> Na+ (aq) + Al(OH)" (aq) +l,5H2(g)T, Si(f) + 2 Na+Oq) + 2 0H"(aq) + H20(fi, ->- 2 Na+ (aq) + SiO*" (aq) + 2 H2{g)t.Al( f) +Na + (aq) +0H" (aq) + 3 H 2 O 1n , -> Na + (aq ) + Al(OH)" (aq) +l,5H 2(g) T, Si (f) + 2 Na + Oq) + 2 0H" (aq) + H 2 0 (f i, ->- 2 Na + (aq) + SiO*" (aq) + 2 H 2{g) t.
Im ersten Fall werden je 27 g (d.h. 1 mol) Aluminium (Al) benötigt, um 33,6 1 (d.h. 1,5 mol) Wasserstoff (H2) herzustellen, also etwa 1,2 m3 pro kg Aluminium (Al). Im zweiten Fall werden je 28 g (d.h. 1 mol) Silicium (Si) benötigt, um 44,8 (d.h. 2 mol) Wasserstoff (H2) herzustellen.In the first case, 27 g (ie 1 mol) of aluminium (Al) are required to produce 33.6 l (ie 1.5 mol) of hydrogen (H 2 ), i.e. about 1.2 m 3 per kg of aluminium (Al). In the second case, 28 g (ie 1 mol) of silicon (Si) are required to produce 44.8 g (ie 2 mol) of hydrogen (H 2 ).
Eine weitere Möglichkeit zur Gewinnung von Wasserstoff (H2) ist in der Technik durch die sogenannte "Elektrolyse" von Wasser (H2O) gegeben.Another technical possibility for producing hydrogen (H 2 ) is the so-called "electrolysis" of water (H 2 O).
P 25654 DE ' * ·· *·.* .1. P 25654 EN ' * ·· *·.* .1.
Da die intermolekulare Bindung von Wasserstoff und Sauerstoff im Wassermolekül (H2O) sehr fest ist, lässt sie sich nur im Rahmen einer endothermen Reaktion (dargestellt durch ein positives Vorzeichen der Reaktionsenthalpie AHj98) durch Zufuhr großer Energiemengen auftrennen:Since the intermolecular bond between hydrogen and oxygen in the water molecule (H2O) is very strong, it can only be broken in an endothermic reaction (represented by a positive sign of the reaction enthalpy AHj 98 ) by supplying large amounts of energy:
+ 1-11+ 1-11
+ 1 -II+ 1 -II
Reduktion (Kathode) : 2 H3O+ {aq) + 2 e -► H2 (g)T + 2 H2O {fi)Reduction (cathode) : 2 H 3 O + {aq) + 2 e -► H 2 (g) T + 2 H 2 O {f i)
-11 +i +1 -11 0 Oxidation (Anode) : 4 OH" (aq) -» 2 H2O (fi) + O2 (g)T + 4 e"- 11 + i +1 -11 0 Oxidation (anode) : 4 OH" (aq ) -» 2 H 2 O (f i) + O 2 (g) T + 4 e"
Redoxreaktion: 2 H2O1n, 2 H2 (g)T + O2 (g)tRedox reaction: 2 H 2 O 1n , 2 H 2 (g) T + O 2 (g) t
mit AHj98 « +242 kJ.with AHj 98 « +242 kJ.
Dabei beträgt der Energieverbrauch zur elektrolytischen Her-Stellung von 1 m3 Wasserstoff (H2), der neben 0,5 m3 Sauerstoff (O2) entsteht, immerhin rund 4,5 kWh.The energy consumption for the electrolytic production of 1 m 3 of hydrogen (H 2 ), which is produced in addition to 0.5 m 3 of oxygen (O 2 ), amounts to around 4.5 kWh.
Die Zerlegung von Wasser (H2O) in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) kann beispielsweise in einem "Hofmannschen Zersetzungsapparat" durchgeführt werden. Man füllt zu diesem Zweck den aus drei miteinander verbundenen Glasröhren bestehenden Apparat durch die trichterförmige Zuführung der mittleren Röhre so weit mit Wasser (H2O), dass die beiden äußeren Röhren bis an die Hähne - die dann geschlossen werden - mit Wasser angefüllt sind. Im unteren Teil der beiden äußeren Röhren befindet sich je ein kleines Blech aus Platin (Pt) mit einem nach außen führenden Platindraht. Sobald die Platindrähte mit einer Gleichstromquelle von genügender Spannung verbunden werden, beginnen an den Platinblechen (den "Elektroden") kleine Gasbläschen aufzusteigen: Das Wasser (H2O) wird unter Bildung von Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) ^elektrolytisch zerlegt«..wpbe.4..der ftfasserstoffThe decomposition of water (H 2 O) into its components hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) can be carried out, for example, in a "Hofmann decomposition apparatus". For this purpose, the apparatus, which consists of three interconnected glass tubes, is filled with water (H 2 O) through the funnel-shaped inlet of the middle tube so that the two outer tubes are filled with water up to the taps - which are then closed. In the lower part of each of the two outer tubes there is a small sheet of platinum (Pt) with a platinum wire leading outwards. As soon as the platinum wires are connected to a direct current source of sufficient voltage, small gas bubbles begin to rise from the platinum sheets (the "electrodes"): The water (H 2 O) is electrolytically decomposed to form hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 )..wpbe.4..the ftfasserstoff
P 25654 DE * 'P 25654 EN * '
(&EEgr;2) - ein brennbares, die Verbrennung aber nicht unterhaltendes Gas - sich an der mit dem negativen Pol der Stromquelle verbundenen Elektrode ("Kathode") bildet, während der Sauerstoff (O2) - ein nicht brennbares, jedoch die Verbrennung unterhaltendes Gas - an der mit dem positiven Pol der Stromquelle verbundenen Elektrode ("Anode") entwickelt -wird. Da reines (destilliertes) Wasser den elektrischen Strom nur sehr schlecht leitet, verwendet man zur Elektrolyse ein durch Ansäuern mit Schwefelsäure (H2SO4) besser leitend gemachtes Wasser. Bei Ermittlung der Massenverhältnisse, in denen Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) bei der oben beschriebenen elektrolytischen Zerlegung von Wasser (H2O) auftreten, lässt sich feststellen, dass Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) im Verhältnis 1:7,936 gebildet werden.(&EEgr;2) - a combustible gas that does not support combustion - is formed at the electrode connected to the negative pole of the power source ("cathode"), while oxygen (O2) - a non-combustible gas that does support combustion - is developed at the electrode connected to the positive pole of the power source ("anode"). Since pure (distilled) water is a very poor conductor of electricity, water that has been made more conductive by acidification with sulphuric acid (H2SO4) is used for electrolysis. When determining the mass ratios in which hydrogen (H2) and oxygen (O2) occur during the electrolytic decomposition of water (H2O) described above, it can be determined that hydrogen (H2) and oxygen (O2) are formed in a ratio of 1:7.936.
Technisch verfährt man heute bei dieser Methode im Prinzip so, dass man mehrere hundert Zersetzungszellen hintereinander schaltet. Dabei wird die erste Elektrode der ersten Zelle in der Regel aus Nickel (Ni) gefertigt und mit dem positiven Pol (Anode) der Stromquelle verbunden. Die letzte Elektrode der letzten Zelle wird dagegen aus Eisen (Fe) gefertigt und mit dem negativen Pol (Kathode) der Stromquelle verbunden. Für die mittleren Elektroden verwendet man anodenseitig vernikkeltes Eisenblech als bipolare (d.h. in der einen Zelle als Kathode, in der benachbarten Zelle als Anode wirkenden) Elektroden. Eine poröse, den Stromtransport gestattende Scheidewand ("Diaphragma") verhindert in jeder Zelle die Verbindung des kathodisch gebildeten Wasserstoffs (H2) und des anodisch entwickelten Sauerstoffs (O2) zu Wasser (H2O) in einer stark exothermen, explosionsartig verlaufenden Knallgasreaktion:Technically, this method is basically used today by connecting several hundred decomposition cells in series. The first electrode of the first cell is usually made of nickel (Ni) and connected to the positive pole (anode) of the power source. The last electrode of the last cell, on the other hand, is made of iron (Fe) and connected to the negative pole (cathode) of the power source. Nickel-plated iron sheets are used for the middle electrodes on the anode side as bipolar electrodes (i.e. acting as a cathode in one cell and anode in the adjacent cell). A porous partition ("diaphragm") that allows the current to be transported prevents the hydrogen (H2) formed at the cathode and the oxygen (O2) formed at the anode from combining to form water ( H2O ) in each cell in a highly exothermic, explosive oxyhydrogen reaction:
2 H2 (g) + O2 (g) —> 2 H2O(fl)2 H2 (g) + O2 (g) - > 2 H 2 O(fl)
mit der Bindungsenthalpie AHj98 » -286 kJ-mol"1.with the binding enthalpy AHj 98 » -286 kJ-mol" 1 .
• I ·• I ·
P 25654 DE ** ··P 25654 EN ** ··
Um die Leitfähigkeit des Wassers (H2O) zu erhöhen, wird es in der Regel mit Natronlauge (NaOH) oder Kalilauge (KOH) versetzt. Auch wässrige Lösungen von Kochsalz (NaCl) können zur Elektrolyse verwendet werden. Der hierbei erzeugte Wasserstoff (H2) ist wegen seiner Reinheit ein begehrtes Produkt.To increase the conductivity of water (H 2 O), it is usually mixed with sodium hydroxide (NaOH) or potassium hydroxide (KOH). Aqueous solutions of table salt (NaCl) can also be used for electrolysis. The hydrogen (H2) produced in this way is a sought-after product due to its purity.
Ein weiteres Beispiel für einen Elektrolysevorgang zur Erzeugung von Wasserstoff (H2) ist durch die sogenannte "Chloralkali"-Elektrolyse gegeben. Nach diesem Verfahren werden in der Technik Chlor (CI2) und Wasserstoff (H2) gewonnen. Durch Eindampfen der Lösung kann zusätzlich Natronlauge (NaOH) gewonnen werden. Dabei entweicht bei der Elektrolyse einer wässrigen Lösung von Kochsalz (NaCl) an der Kathode Wasserstoff (H2) und an der Anode Chlor (Cl2) :Another example of an electrolysis process for producing hydrogen (H2) is the so-called "chlor-alkali" electrolysis. This process is used in industry to produce chlorine (CI2) and hydrogen ( H2 ). By evaporating the solution, sodium hydroxide solution (NaOH) can also be obtained. During the electrolysis of an aqueous solution of table salt (NaCl), hydrogen ( H2 ) escapes at the cathode and chlorine ( Cl2 ) at the anode:
+&igr; +&igr; -&ugr;+&igr;+&igr;-&ugr;
Reduktion (Kathode) : 2 Na + (aq) + 2 H3O+ (aq) + 2 e"Reduction (cathode): 2 Na + (aq) + 2 H 3 O + (aq) + 2 e"
+ 1 +1 -II 0+ 1 +1 -II 0
-> 2 Na + (aq) + 2 H2O (fl) + H2(g,t-> 2 Na + (aq) + 2 H 2 O (fl) + H 2( g,t
+ 1 -Il +1 -II -II +1+ 1 -II +1 -II -II +1
(mit 2 H2O (fl) ±5 H3O+ (aq) + OH" (aq) (with 2 H 2 O (fl) ±5 H 3 O + (aq) + OH" (aq)
-i 0
Oxidation (Anode): 2Cl~(aq) -> Cl2ig)T + 2e~-i 0
Oxidation (anode): 2Cl~ (aq) -> Cl 2ig) T + 2e~
Redoxreaktion: 2 H20(fi) + 2 Na+ (aq) + 2 Cl~(aq) Redox reaction: 2 H 2 0 (f i) + 2 Na + (aq) + 2 Cl~ (aq)
-> Cl2(g)t + H2(g)t + 2Na+ (aq) +2 0H"(aq) -> Cl 2(g) t + H 2 (g)t + 2Na + (aq) +2 0H" (aq)
Die Chloridionen (Cl") wandern zur Anode und werden dort entladen. Im Gegensatz dazu werden die Natriumionen (Na+) nicht entladen, da die Hydroniumionen (H30+) leichter zu reduzieren sind als die Natriumionen (Na+) .The chloride ions (Cl") migrate to the anode and are discharged there. In contrast, the sodium ions (Na + ) are not discharged because the hydronium ions (H30 + ) are easier to reduce than the sodium ions (Na + ).
Im Rahmen der oben beschriebenen Chloralkali-Elektrolyse muss dafür gesorgt werden, dass die Produkte sich nicht miteinander vermischen: &Hnnenv:*cia*Chrör: ^Cl2J'•m.ii"Nat;rqnl«auge (NaOH) • · · · ·· : .:. : : : ··· ·· ·&iacgr;· During the chlor-alkali electrolysis described above, care must be taken to ensure that the products do not mix with one another: &Hnnenv:*cia*Chrör: ^Cl 2 J'•m.ii"Nat;rqnl«auge (NaOH) • · · · ·· : .:. : : : ··· ·· ·&iacgr;·
P 25654 DE ** * ** ·· *··' **.P 25654 DE ** * ** ·· *··' **.
in einer hydrolytischen Disproportionierungsreaktion zu Kochsalz (NaCl) und hypochloriger Säure (HOCl) reagieren würde:would react in a hydrolytic disproportionation reaction to form sodium chloride (NaCl) and hypochlorous acid (HOCl):
Cl2 (g) +NaOH(aq) -» NaCl (aq) + H0Cl(aq).Cl 2 (g) +NaOH (aq) -» NaCl (aq) + H0Cl (aq ).
Bei dieser Reaktion wird die Oxidationsstufe "0" der Elementverbindung von Chlor (CI2) in die höhere Oxidationsstufe "+I" (in HOCl) und die niedrigere Oxidationsstufe "-I" (in NaCl) überführt.In this reaction, the oxidation state "0" of the element compound of chlorine (CI2) is converted into the higher oxidation state "+I" (in HOCl) and the lower oxidation state "-I" (in NaCl).
Da Wasserstoff (H2) und Chlor (Cl2) ein gefährliches, hochexplosives Gemisch bilden und sich bei Vermischung unter dem Einfluss von Licht, durch einen Zündfunken bzw. bei Temperaturen oberhalb von +2500C im Rahmen einer stark exothermen Chlorknallgas-ReaktionSince hydrogen (H 2 ) and chlorine (Cl 2 ) form a dangerous, highly explosive mixture and when mixed under the influence of light, by an ignition spark or at temperatures above +250 0 C in the context of a strongly exothermic chlorine detonation reaction
Cl2(g)+H2(g) -» 2HCl(g)t mit AHj98 « -92 kJ-mol"1 Cl 2 (g)+H 2( g) -» 2HCl(g)t with AHj 98 « -92 kJ-mol" 1
zu Salzsäure (HCl) umsetzen würden, muss zudem dafür gesorgt werden, dass die bei der Chloralkali-Elektrolyse gewonnenen Produkte Wasserstoff (H2) und Chlor (Cl2) sich nicht miteinander vermischen können. Zu diesem Zweck werden Anoden- und Kathodenraum durch ein Diaphragma, bestehend aus Asbest oder Kunststoffen, voneinander getrennt. Durch dieses Diaphragma können lediglich Ionen hindurchtreten, während die gebildeten Gase Wasserstoff (H2) und Chlor (Cl2) getrennt werden.to hydrochloric acid (HCl), it must also be ensured that the products obtained during chlor-alkali electrolysis, hydrogen (H 2 ) and chlorine (Cl 2 ), cannot mix with each other. For this purpose, the anode and cathode chambers are separated from each other by a diaphragm made of asbestos or plastic. Only ions can pass through this diaphragm, while the gases formed, hydrogen (H 2 ) and chlorine (Cl 2 ), are separated.
Neben verschiedenen Möglichkeiten zur Gewinnung von Wasserstoff (H2) aus Wasser (H2O) ist heute auch die Wasserstoffherstellung auf der Basis von Kohlenwasserstoffen technisch relevant. Kohlenwasserstoffe sind im Allgemeinen exotherme Verbindungen, d.h. ihre Zerlegung in die Bestandteile Wasserstoff (H2) und Kohlenstoff (C) kann nur unter Energiezufuhr -In addition to various possibilities for producing hydrogen (H 2 ) from water (H 2 O), hydrogen production based on hydrocarbons is also technically relevant today. Hydrocarbons are generally exothermic compounds, i.e. their decomposition into the components hydrogen (H 2 ) and carbon (C) can only occur with the addition of energy -
wenn auch in geringerem Ausmaß als bei. dej;..Spaltung von Was- :··.:— .··. .*·. .; ·· · . ***.:: . :.. : : *: : : :·* ·: : : · :.:. : ··» : : : : albeit to a lesser extent than with. dej;..splitting of what- :··.:— .··. .*·. .; ·· · . ***. : : . :.. : : *: : : :·* ·: : : · :.:. : ··» : : : :
P 25654 DEP 25654 EN
i I &iacgr; i I &iacgr;
13
ser (H2O) - erfolgen. Ein einfaches Beispiel dafür ist die13
water (H2O). A simple example of this is the
Spaltung von Methan (CH4) :Decomposition of methane (CH 4 ):
) £+ C(f) + 2 H2 (g)T) £+ C(f) + 2 H 2 (g)T
mit der Reaktionsenthalpie AHR « +75 kJ.with the reaction enthalpy AH R « +75 kJ.
Die Wasserstoffgewinnung erfolgt dabei technisch durch Zufuhr von thermischer sowie elektrischer Energie.Hydrogen is produced technically by supplying thermal and electrical energy.
Ausgangspunkt der sogenannten "thermischen Kohlenwasserstoffspaltung" ist dabei Steinkohle, welche sich bei etwa +1.100 bis +1.3000C unter Luftausschluss neben Koks und Steinkohleteer in "Koksofengas" verwandelt, bestehend aus Wasserstoff (H2) und Methan (CH4) . Aus diesem Gasgemisch lässt sich durch Tieftemperatur-Fraktionierung der Wasserstoff (H2) abtrennen. Der Anteil des entstehenden Wasserstoffs (H2) am Gesamtvolumen der Produkte macht hierbei zwischen 60 und 64 % aus. In entsprechender Weise kann Wasserstoff (H2) neben Kohlenstoff (C) auch durch Erhitzen von Erdölen ("Cracken") erzeugt werden.The starting point of the so-called "thermal hydrocarbon cracking" is hard coal, which at around +1,100 to +1,300 0 C in the absence of air turns into "coke oven gas" consisting of hydrogen (H 2 ) and methane (CH 4 ) in addition to coke and coal tar. Hydrogen (H2) can be separated from this gas mixture by low-temperature fractionation. The proportion of hydrogen (H2) produced in the total volume of the products is between 60 and 64%. In a similar way, hydrogen (H2) can also be produced in addition to carbon (C) by heating petroleum ("cracking").
Bei der "chemischen Kohlenwasserstoffspaltung" verbindet man den Vorgang der thermischen Kohlenwasserstoffspaltung mit einer Oxidation des hierbei gebildeten Kohlenstoffs (C), wobei der für den Oxidationsprozess benötigte Sauerstoff (O2) dem Wasser (H2O) entnommen wird. Verwendet man Methan (CH4) als Ausgangsstoff, so ergibt sich im Rahmen der folgenden Reaktion in Gegenwart von Nickel (Ni) als Katalysator unter Energiezufuhr "Spaltgas", bestehend aus 1 mol Kohlenmonoxid (CO) und &eegr; mol Wasserstoff (H2), wobei &eegr; > 2 gilt:In "chemical hydrocarbon cracking", the thermal hydrocarbon cracking process is combined with an oxidation of the carbon (C) formed in the process, whereby the oxygen (O2) required for the oxidation process is taken from the water (H 2 O). If methane (CH 4 ) is used as the starting material, the following reaction in the presence of nickel (Ni) as a catalyst with the addition of energy produces "cracked gas" consisting of 1 mol of carbon monoxide (CO) and η mol of hydrogen (H 2 ), where η > 2:
CH4Jg) + H2O(g)CH 4 Jg) + H 2 O(g)
[Ni][Ni]
C0(g,T + 3 H2(g,tC0(g,T + 3 H 2 (g,t
mit der Reaktionsenthalpie AHR « +206 kJ,with the reaction enthalpy AH R « +206 kJ,
• *• *
P 25654 DE ** * ** ·· *·** .JP 25654 DE ** * ** ·· *·** .J
Großtechnisch wird Wasserstoff (H2) heute im Wesentlichen durch Reduktion von Wasser (H2O) mit Kohlenstoff (C) im Rahmen einer endothermen Reaktion gewonnen. Dazu leitet man Wasserdampf (H2O) bei etwa +800 bis +1.0000C über hellrot glühenden Koks (C):Today, hydrogen (H2) is produced on a large scale mainly by reducing water (H 2 O) with carbon (C) in an endothermic reaction. To do this, water vapor (H 2 O) is passed over bright red glowing coke (C) at around +800 to +1,000 0 C:
Cm +H2O(g) ±5 C0(g)t+ H2(g)t mit der Reaktionsenthalpie AHR « +131 kJ.Cm +H 2 O (g) ±5 C0 (g) t+ H 2(g) t with the reaction enthalpy AH R « +131 kJ.
Das dabei in endothermer Reaktion entstehende Gasgemisch, bestehend aus je 1 mol Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) , wird "Wassergas" oder "Synthesegas" genannt. Der Energiebedarf für diese als "Kohlevergasung" bekannte Reaktion kann durch eine teilweise Verbrennung der Kohle gedeckt werden.The gas mixture produced in the endothermic reaction, consisting of 1 mole each of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ), is called "water gas" or "synthesis gas". The energy requirement for this reaction, known as "coal gasification", can be covered by partially burning the coal.
Das gebildete Kohlenmonoxid (CO) kann bei niedrigen Temperaturen in einer exothermen Reaktion mit Wasserdampf (H2O) unter Neubildung von Wasserstoff (H2) weiter zu Kohlendioxid (CO2) oxidiert werden:The carbon monoxide (CO) formed can be further oxidized to carbon dioxide (CO 2 ) at low temperatures in an exothermic reaction with water vapor (H 2 O) to form new hydrogen (H 2 ):
C0(g, +H20(g) ±5 C02(g)t+ H2(g)t mit der Reaktionsenthalpie &Dgr;&EEgr;&Kgr; « -47 kJ,C0 (g , +H 2 0 (g) ±5 C0 2(g) t+ H 2(g) t with the reaction enthalpy ΔEEgr; Kgr; « -47 kJ,
so dass bei Wasserdampfüberschuss und weniger hohen Temperaturen die Gesamtreaktionso that with excess water vapour and less high temperatures the overall reaction
C(f) + 2 H20(g) U CO2(g,t + 2 H2 (g)t mit der Reaktionsenthalpie &Dgr;&EEgr;&Kgr; « +90 kJC (f) + 2 H 2 0 (g) U CO 2 (g,t + 2 H 2 (g) t with the reaction enthalpy ΔEEgr; Kgr; « +90 kJ
stattfinden kann. Die oben beschriebene Abtrennung von Kohlenmonoxid (CO) aus Wassergas ist dabei unter der Bezeichnung "Kohlenoxid-Konv.ej:tiaru]aq" .bekanjit .···:: :*·· : : .:can take place. The separation of carbon monoxide (CO) from water gas described above is known under the name "carbon oxide conversion".
P 25654 DE I I t · ; ; \..* . &Ggr; · ·P 25654 DE II t · ; ; \..* . &Ggr; · ·
15
AUFGABE DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG15
OBJECT OF THE PRESENT INVENTION
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik, widmet sich die vorliegende Erfindung der Aufgabe, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit deren Hilfe eine kostengünstige Energieversorgung für die elektrolytische Zerlegung von Wasser (H2O) in die Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) ermöglicht wird.Based on the above-mentioned prior art, the present invention is dedicated to the task of providing a device with the aid of which a cost-effective energy supply for the electrolytic decomposition of water (H 2 O) into the components hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) is made possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele, die den Gedanken der Erfindung weiterbilden, sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.This object is achieved according to the invention by the features of the independent patent claims. Advantageous embodiments which further develop the idea of the invention are defined in the dependent patent claims.
ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNGSUMMARY OF THE PRESENT INVENTION
Die zugrunde liegende Erfindung schlägt zur Lösung der im vorangehenden Abschnitt definierten Aufgabe eine effiziente Vorrichtung zur elektrolytischen Zerlegung von Wasser (H2O) in die Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) mit Hilfe eines Hofmannschen Zersetzungsapparats vor, wobei der für die im Inneren des Apparats ablaufenden Elektrolyse-Vorgänge benötigte Gleichstrom aus Sonnenenergie gewonnen wird.In order to solve the problem defined in the previous section, the underlying invention proposes an efficient device for the electrolytic decomposition of water (H 2 O) into the components hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) with the aid of a Hofmann decomposition apparatus, wherein the direct current required for the electrolysis processes taking place inside the apparatus is obtained from solar energy.
Zu diesem Zweck dient eine Dampfturbine, die einen Gleichstromgenerator antreibt. Der zum Betrieb der Dampfturbine benötigte Wasserdampf wird dabei durch Fokussierung von Sonnenstrahlen auf einen mit Wasser (H2O) gefüllten Wasserkessel erzeugt.For this purpose, a steam turbine is used that drives a direct current generator. The water vapor required to operate the steam turbine is generated by focusing the sun's rays on a water boiler filled with water (H 2 O).
Darüber hinaus wird erfindungsgemäß zumindest ein Teil des Wechselstroms, der für den Betrieb eines Kälteaggregats zur sicheren Lagerung des Wasserstoffgases (H2) erforderlich ist, aus Sonnenenergie erzeugt. Zu diesem Zweck ist an die Dampfturbine zusätzlich zu dem oben erwähnten GleichstromgeneratorIn addition, according to the invention, at least part of the alternating current required to operate a refrigeration unit for the safe storage of hydrogen gas (H 2 ) is generated from solar energy. For this purpose, in addition to the above-mentioned direct current generator, the steam turbine is connected to
P 25654 DE »It**· ·*···· · &idigr; *5P 25654 DE »It**· ·*···· · &idigr; *5
16
noch ein Wechselstromgenerator angeschlossen, der das besagte16
Another AC generator is connected, which generates the
Kälteaggregat mit Wechselstrom speist.Refrigeration unit supplied with alternating current.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
5BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
5
Weitere Eigenschaften, Merkmale, Vorteile und Anwendungen der zugrunde liegenden Erfindung resultieren aus den untergeordneten abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches in den folgenden Zeichnungen abgebildet ist. -■'"" Hierin zeigen:Further properties, features, advantages and applications of the underlying invention result from the subordinate dependent claims and from the following description of the preferred embodiment of the invention, which is shown in the following drawings. -■'"" Herein show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anlage 100 zur Veranschaulichung der im Rahmen der Erzeugung von Wasserstoff (H2) benötigten Komponenten nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der zugrunde liegenden Erfindung,Fig. 1 is a schematic representation of the system 100 according to the invention to illustrate the components required for the production of hydrogen (H 2 ) according to the preferred embodiment of the underlying invention,
Fig. 2 einen mit Wasser (H2O) gefüllten, hitzebeständigen ersten Wasserkessel 200, der bei der Erzeugung von Wasserdampf zum Antrieb einer Dampfturbine 110 benötigt wird,Fig. 2 shows a heat-resistant first water boiler 200 filled with water (H 2 O), which is required for the generation of steam to drive a steam turbine 110,
Fig. 3 eine hydraulische Vorrichtung 300 zur Feinpositionierung einer optischen Linse 102, die zur Fokussierung einfallender Sonnenstrahlen auf den darunter angeordneten, mit Wasser gefüllten ersten Wasserkessel 200 dient,Fig. 3 shows a hydraulic device 300 for fine positioning of an optical lens 102, which serves to focus incident solar rays onto the first water tank 200 arranged underneath and filled with water,
Fig. 4 eine Anordnung 400 zur Energiegewinnung mit Hilfe der Dampfturbine 110, angeschlossen an einen Gleichstromgenerator 112 und einen Wechselstromgenerator 114,Fig. 4 shows an arrangement 400 for generating energy using the steam turbine 110, connected to a direct current generator 112 and an alternating current generator 114,
P 25654 DEP 25654 EN
17
Fig. 5 einen Hofmannschen Zersetzungsapparat 500 zur17
Fig. 5 a Hofmann decomposition apparatus 500 for
Durchführung der elektrolytischen Zerlegung von Wasser (H2O), bei der unter Energiezufuhr in Form von Gleichstrom die beiden Gase Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) entstehen, undCarrying out the electrolytic decomposition of water (H 2 O), in which the two gases hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) are produced by supplying energy in the form of direct current, and
Fig. 6 ein Kälteaggregat 600 zur sicheren Lagerung des entstandenen Wasserstoffs (H2) .Fig. 6 a refrigeration unit 600 for the safe storage of the resulting hydrogen (H 2 ).
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Im Folgenden werden die Funktionen der in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthaltenen Baugruppen, wie in den Figuren 1 bis 6 abgebildet, näher beschrieben. In the following, the functions of the modules included in the preferred embodiment of the present invention, as shown in Figures 1 to 6, are described in more detail.
Bezugnehmend auf Fig. 1, soll die vorliegende Erfindung zunächst schematisch erläutert werden. Abgebildet ist ein vereinfachtes Übersichtsdiagramm der erfindungsgemäßen Anlage 100 zur Veranschaulichung der im Rahmen der Erzeugung von Wasserstoff (H2) benötigten Komponenten nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der zugrunde liegenden Erfindung. Diese Anlage 100 besteht ausReferring to Fig. 1, the present invention will first be explained schematically. A simplified overview diagram of the system 100 according to the invention is shown to illustrate the components required for the production of hydrogen (H 2 ) according to the preferred embodiment of the underlying invention. This system 100 consists of
- einer optischen Linse 102 zur Fokussierung einfallender Sonnenstrahlen auf einen mit Wasser (H2O) gefüllten ersten Wasserkessel 200 zur Erzeugung von Wasserdampf,- an optical lens 102 for focusing incident solar rays onto a first water vessel 200 filled with water (H 2 O) to generate water vapor,
- einer hydraulischen Vorrichtung 300 zur Feinpositionierung der optischen Linse 102, bestehend aus einer Fotozelle 104 als optisches Sensorelement, hydraulischen Aktorelementen 106 sowie einem computergestützten Regelungs- und Steuerungssystem 108,- a hydraulic device 300 for fine positioning of the optical lens 102, consisting of a photocell 104 as an optical sensor element, hydraulic actuator elements 106 and a computer-aided control and regulation system 108,
P 25654 DEP 25654 EN
» &igr;» &igr;
• »»
18
- einer Dampfturbine 110 mit je einem angeschlossenen Gleichstromgenerator 112 bzw. Wechselstromgenerator 114 zur Gewinnung von Energie für die Erzeugung und sichere Lagerung von Wasserstoff (H2) ,18
- a steam turbine 110 with a connected direct current generator 112 or alternating current generator 114 for generating energy for the production and safe storage of hydrogen (H2),
- einem mit Wasser (H2O) gefüllten zweiten Wasserkessel 116 eines Hofmannschen Zersetzungsapparats 500 zur Erzeugung von Wasserstoff (H2) im Rahmen einer elektrolytischen Zerlegung von Wasser (H2O), bei der die beiden Gase Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) entstehen, sowie- a second water tank 116 of a Hofmann decomposition apparatus 500 filled with water (H2O) for producing hydrogen (H2) in the course of an electrolytic decomposition of water (H2O), in which the two gases hydrogen (H2) and oxygen (O2) are produced, and
- einem Kälteaggregat 118 zur Abkühlung und Lagerung des entstandenen Wasserstoffs (H2) .- a refrigeration unit 118 for cooling and storing the resulting hydrogen (H 2 ).
In Fig. 2 ist ein mit Wasser (H2O) gefüllter erster Wasserkessel 200 dargestellt, der über ein seitlich angebrachtes Zuleitungsrohr 202 befüllt werden kann. Durch die Einwirkung der mit Hilfe einer optischen Linse 102 gebündelten Sonnenstrahlen kann das Wasser (H2O) innerhalb weniger Minuten derart erhitzt werden, dass der Siede- bzw. Kochpunkt des Wassers (TK/h2o = 1000C) überschritten wird und Wasserdampf entsteht. Fig. 2 shows a first water boiler 200 filled with water (H2O), which can be filled via a supply pipe 202 attached to the side. Due to the effect of the sun's rays bundled with the aid of an optical lens 102, the water (H2O) can be heated within a few minutes to such an extent that the boiling point of the water (T K/ h2O = 100 0 C) is exceeded and water vapor is produced.
Die in Fig. 3 abgebildete hydraulische Vorrichtung 300 zeigt die optische Linse 102, die oberhalb des mit Wasser (H2O) gefüllten ersten Wasserkessels 200 auf vier hydraulischen Aktorelementen 106 gelagert ist. Mit Hilfe einer Fotozelle 104 als optisches Sensorelement und einem kombinierten Regelungsund Steuerungssystem 108, bestehend aus einem angeschlossenen Rechner, kann die Position der optischen Linse 102 derart verändert werden, dass einfallende Sonnenstrahlen auf das in dem Wasserkessel 200 befindliche Wasser (H2O) fokussiert werden. Auf diese Weise kann die Ausbeute an Sonnenenergie zur Aufheizung des Wassers (H2O) maximiert werden.The hydraulic device 300 shown in Fig. 3 shows the optical lens 102, which is mounted on four hydraulic actuator elements 106 above the first water tank 200 filled with water (H 2 O). With the help of a photocell 104 as an optical sensor element and a combined regulation and control system 108, consisting of a connected computer, the position of the optical lens 102 can be changed in such a way that incident sun rays are focused on the water (H 2 O) in the water tank 200. In this way, the yield of solar energy for heating the water (H 2 O) can be maximized.
P 25654 DE ** * #i ··'P 25654 EN ** * #i ··'
Wie der in Fig. 4 abgebildeten Anordnung 4 00 zu entnehmen ist, wird im Rahmen des bevorzugten Ausführungsbeispiels der zugrunde liegenden Erfindung der freigesetzte Wasserdampf dazu verwendet, eine nachgeschaltete Dampfturbine 110 anzutreiben, die an einen Gleichstromgenerator 112 und einen Wechselstromgenerator 114 angeschlossen ist.As can be seen from the arrangement 400 shown in Fig. 4, in the preferred embodiment of the underlying invention, the released steam is used to drive a downstream steam turbine 110 which is connected to a direct current generator 112 and an alternating current generator 114.
Der vom Gleichstromgenerator 112 erzeugte Gleichstrom wird erfindungsgemäß für die elektrolytische Zerlegung von Wasser (H2O) verwendet, das sich, wie in Fig. 5 abgebildet, in einem zweiten Wasserbehälter 116 befindet. Der hier dargestellte Hofmannsche Zersetzungsapparat 500 veranschaulicht den Vorgang dieser chemischen Reaktion, bei der unter Energiezufuhr in Form von Gleichstrom die beiden Gase Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) entstehen. Diese sammeln sich an zwei in das Wasser (H2O) eintauchenden, entgegengesetzt geladenen Elektroden 116a+b an und können mit Hilfe zweier Ableitungsrohre 117a+b aufgesaugt und in daran angeschlossene Speicherbehältnisse geleitet werden. Wie Fig. 5 zu entnehmen ist, lagert sich dabei der freigesetzte Wasserstoff (H2) an der negativ geladenen Elektrode 116a (Kathode) an, während sich der entstehende Sauerstoff (O2) um die positiv geladenen Elektrode 116b (Anode) konzentriert.The direct current generated by the direct current generator 112 is used according to the invention for the electrolytic decomposition of water (H2O), which, as shown in Fig. 5, is located in a second water container 116. The Hofmann decomposition apparatus 500 shown here illustrates the process of this chemical reaction, in which the two gases hydrogen (H2) and oxygen ( O2 ) are produced when energy is supplied in the form of direct current. These collect on two oppositely charged electrodes 116a+b immersed in the water ( H2O ) and can be sucked up with the help of two discharge pipes 117a+b and fed into storage containers connected to them. As can be seen from Fig. 5, the released hydrogen ( H2 ) accumulates on the negatively charged electrode 116a (cathode), while the oxygen ( O2 ) produced concentrates around the positively charged electrode 116b (anode).
Um den entstandenen Wasserstoff (H2) sicher zu lagern und eine explosionsartige exotherme Knallgasreaktion mit dem Sauerstoff (O2) der Umgebungsluft zu verhindern, muss der Wasserstoff (H2) mit Hilfe eines Kälteaggregats 118 auf eine Lagerungstemperatur Tl,h2 von -230°C bis -2600C abgekühlt werden. Zum Betrieb dieses Kälteaggregats 118 kann erfindungsgemäß der durch den Wechselstromgenerator 114 erzeugte Wechselstrom hinzugezogen werden, wie in Fig. 6 abgebildet.In order to safely store the hydrogen (H 2 ) produced and to prevent an explosive exothermic oxyhydrogen reaction with the oxygen (O 2 ) in the ambient air, the hydrogen (H 2 ) must be cooled to a storage temperature T l ,h2 of -230°C to -260 0 C using a refrigeration unit 118. According to the invention, the alternating current generated by the alternating current generator 114 can be used to operate this refrigeration unit 118, as shown in Fig. 6.
P 25654 DEP 25654 EN
• f• f
Die Bedeutung der mit Bezugszeichen versehenen Symbole in den Figuren 1 bis 6 kann der beigefügten Bezugszeichenliste entnommen werden.The meaning of the symbols provided with reference numerals in Figures 1 to 6 can be found in the attached list of reference numerals.
P 25654 DEP 25654 EN
BezugszeichenlisteList of reference symbols
Nr. SymbolNo. Symbol
schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anlage zur Veranschaulichung der im Rahmen der Erzeugung von Wasserstoff (H2) benötigten Komponenten nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der zugrunde liegenden ErfindungSchematic representation of the plant according to the invention to illustrate the components required for the production of hydrogen (H2) according to the preferred embodiment of the underlying invention
optische Linse zur Fokussierung einfallender Sonnenstrahlen auf einen mit Wasser (H2O) gefüllten, hitzebeständigen ersten Wasserkesseloptical lens for focusing incident sun rays onto a heat-resistant first kettle filled with water (H 2 O)
Fotozelle als optisches Sensorelement zur Ermittlung der Momentanposition der optischen LinsePhotocell as optical sensor element for determining the current position of the optical lens
hydraulische Aktorelemente zur Feinpositionierung der optischen Linsehydraulic actuator elements for fine positioning of the optical lens
computergestütztes Regelungs- und Steuerungssystem zur Ansteuerung der hydraulischen ElementeComputer-aided control and regulation system for controlling the hydraulic elements
Dampfturbine mit je einem angeschlossenen Gleichstromgenerator 112 bzw. WechselstromgeneratorSteam turbine with one connected DC generator 112 or AC generator
Gleichstromgenerator zur Gewinnung von Energie für die Erzeugung von Wasserstoff (H2) im Rahmen einer ElektrolyseDC generator for generating energy for the production of hydrogen (H 2 ) in electrolysis
Wechselstromgenerator zur Gewinnung von Energie für den Betrieb eines Kälteaggregats 118 zur sicheren Lagerung des entstandenen Wasserstoff (H2)Alternating current generator for generating energy for the operation of a refrigeration unit 118 for the safe storage of the resulting hydrogen (H 2 )
mit Wasser (H2O) gefüllter zweiter Wasserkessel zur Erzeugung von Wasserstoff (H2) im Rahmen einer elektrolytischen Zerlegung von Wasser (H2O) , bei der die beiden Gase Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) entstehensecond water tank filled with water (H 2 O) for producing hydrogen (H 2 ) by electrolytic decomposition of water (H2O) which produces the two gases hydrogen (H2) and oxygen (O 2 )
negativ geladene Elektrode (Kathode) zur Ansammlung des bei der Elektrolyse von Wasser (H2O) im Hofmannschen Zersetzungsapparat 500 entstehenden Wasserstoffs (H2)Negatively charged electrode (cathode) for the collection of hydrogen (H 2 ) produced during the electrolysis of water (H 2 O) in the Hofmann decomposition apparatus 500
positiv geladene Elektrode (Anode) zur Ansammlung des bei der Elektrolyse von Wasser (H2O) im Hofmannschen Zersetzungsapparat 500 entstehenden Sauers.t.gffß .(0£ positively charged electrode (anode) for the collection of the oxygen produced during the electrolysis of water (H 2 O) in the Hofmann decomposition apparatus 500.t.gf fß .(0 £
P 25654 DEP 25654 EN
Nr.No.
Symbolsymbol
117a117a
Ableitungsrohr für den entstandenen Wasserstoff (H2)Discharge pipe for the resulting hydrogen (H2)
117b117b
Ableitungsrohr für den entstandenen Sauerstoff (O2)Discharge pipe for the resulting oxygen (O2)
118118
Kälteaggregat zur Abkühlung und Lagerung des entstandenen Wasserstoffgases (H2)Refrigeration unit for cooling and storing the resulting hydrogen gas (H2)
200200
mit Wasser (H2O) gefüllter, hitzebeständiger erster Wasserkessel, der bei der Erzeugung von Wasserdampf zum Antrieb einer Dampfturbine benötigt wirdheat-resistant first water boiler filled with water (H2O), which is needed to generate steam to drive a steam turbine
202202
Zuleitungsrohr zur Befüllung des ersten Wasserkessels 200 mit Wasser (H2O)Supply pipe for filling the first water boiler 200 with water (H2O)
300300
computergesteuerte hydraulische Vorrichtung zur Feinpositionierung der optischen Linse 102, die zur Fokussierung einfallender Sonnenstrahlen auf den darunter angeordneten, mit Wasser gefüllten ersten Wasserkessel 200 dientcomputer-controlled hydraulic device for fine positioning of the optical lens 102, which serves to focus incident solar rays onto the first water tank 200 arranged underneath and filled with water
400400
Anordnung zur Energiegewinnung mit Hilfe der Dampfturbine 110, die den Gleichstromgenerator 112 und den Wechselstromgenerator 114 betreibtArrangement for generating energy using the steam turbine 110, which operates the direct current generator 112 and the alternating current generator 114
500500
Hofmannscher Zersetzungsapparat zur Durchführung der elektrolytischen Zerlegung von Wasser (H2O), bei der unter Energiezufuhr in Form von Gleichstrom die beiden Gase Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) entstehenHofmann decomposition apparatus for carrying out the electrolytic decomposition of water (H 2 O), in which the two gases hydrogen (H2) and oxygen (O2) are produced by supplying energy in the form of direct current
502502
Wasser (H2O) als Ausgangsstoff der elektrolytischen Zerlegung zur Erzeugung von Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2)Water (H 2 O) as starting material for electrolytic decomposition to produce hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 )
504504
negativ geladene Elektrode (Kathode) zur Anlagerung des im Rahmen der Elektrolyse von Wasser (H2O) entstehenden Wasserstoffgases (H2)Negatively charged electrode (cathode) for the accumulation of hydrogen gas (H 2 ) produced during the electrolysis of water (H 2 O)
506506
positiv geladene Elektrode (Anode) zur Anlagerung des im Rahmen der Elektrolyse von Wasser (H2O) entstehenden Sauerstoffgases (O2)positively charged electrode (anode) for the accumulation of oxygen gas (O 2 ) produced during the electrolysis of water (H 2 O)
508508
im Rahmen der elektrolytischen Zerlegung von Wasser (H2O) freigesetztes Wasserstoffgas (H2)Hydrogen gas (H 2 ) released during the electrolytic decomposition of water (H 2 O)
510510
im Rahmen der elektrolytischen Zerlegung von Wasser (H2O) freigesetztes Sauerstoffgas (O2)Oxygen gas (O 2 ) released during the electrolytic decomposition of water (H 2 O)
P 25654 DEP 25654 EN
Symbolsymbol
Glaskolben zum Auffangen des im Rahmen der Elektrolyse von Wasser (H2O) freigesetzten Wasserstoffsgases (H2)Glass flask for collecting the hydrogen gas (H 2 ) released during the electrolysis of water (H2O)
Glaskolben zum Auffangen des im Rahmen der Elektrolyse von Wasser (H2O) freigesetzten Sauerstoffsgases (O2) Kälteaggregat zur sicheren Lagerung des erzeugten Wasserstoffgases (H2)Glass flask for collecting the oxygen gas (O2) released during the electrolysis of water (H2O) Refrigeration unit for the safe storage of the hydrogen gas (H2) produced
Zuleitungsrohr zur Zuführung des bei der Elektrolyse entstandenen Wasserstoffgases (H2) an das KälteaggregatSupply pipe for supplying the hydrogen gas (H 2 ) produced during electrolysis to the refrigeration unit
Claims (6)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE20114745U DE20114745U1 (en) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | Device for generating hydrogen |
| DE10232565A DE10232565A1 (en) | 2001-09-07 | 2002-07-18 | Apparatus for electrolytically decomposing water into hydrogen and oxygen comprises Hofmann decomposition device containing electrolyte solution, and energy source to supply current to decomposition device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE20114745U DE20114745U1 (en) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | Device for generating hydrogen |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE20114745U1 true DE20114745U1 (en) | 2001-12-06 |
Family
ID=7961412
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE20114745U Expired - Lifetime DE20114745U1 (en) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | Device for generating hydrogen |
| DE10232565A Withdrawn DE10232565A1 (en) | 2001-09-07 | 2002-07-18 | Apparatus for electrolytically decomposing water into hydrogen and oxygen comprises Hofmann decomposition device containing electrolyte solution, and energy source to supply current to decomposition device |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE10232565A Withdrawn DE10232565A1 (en) | 2001-09-07 | 2002-07-18 | Apparatus for electrolytically decomposing water into hydrogen and oxygen comprises Hofmann decomposition device containing electrolyte solution, and energy source to supply current to decomposition device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (2) | DE20114745U1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3032569A1 (en) | 1980-08-29 | 1982-04-08 | Karlheinz 7321 Zell Hanzlik | Hydrogen prodn. from aq. soln. in solar cell - stored in suitable containers and used for energy prodn. when required, esp. for heating |
| DE3036805A1 (en) | 1980-09-30 | 1982-05-06 | Karlheinz 7321 Zell Hanzlik | Electrolytic hydrogen generated from sunlight via solar cells - is liquefied and then used as motor vehicle fuel |
| DE3413772A1 (en) | 1984-04-12 | 1985-10-24 | Siegfried Gutfleisch | System for supplying energy to buildings utilising solar energy as the energy source |
| DE3231366C2 (en) | 1982-08-24 | 1986-08-21 | Karlheinz 8804 Dinkelsbühl Hintermeier | Device with which water can be broken down into hydrogen and oxygen by electrolysis |
| DE4033528A1 (en) | 1990-10-22 | 1991-06-27 | Diaz Santanilla Guillermo | Solar energy assembly - is digitised in modules with direct conversion of light into energy in automated process |
| DE4137569A1 (en) | 1990-11-15 | 1992-05-21 | Bernhard Schneider | Hydrogen@ prodn. plant for moving over water - has ship pulling solar panel mounted floats which convert sun energy into electricity for driving electrolytic water decomposition cell |
| DE19758309A1 (en) | 1997-12-31 | 1999-07-08 | Guenter Thielmann | Electrolytically produced hydrogen using solar energy |
-
2001
- 2001-09-07 DE DE20114745U patent/DE20114745U1/en not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-07-18 DE DE10232565A patent/DE10232565A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3032569A1 (en) | 1980-08-29 | 1982-04-08 | Karlheinz 7321 Zell Hanzlik | Hydrogen prodn. from aq. soln. in solar cell - stored in suitable containers and used for energy prodn. when required, esp. for heating |
| DE3036805A1 (en) | 1980-09-30 | 1982-05-06 | Karlheinz 7321 Zell Hanzlik | Electrolytic hydrogen generated from sunlight via solar cells - is liquefied and then used as motor vehicle fuel |
| DE3231366C2 (en) | 1982-08-24 | 1986-08-21 | Karlheinz 8804 Dinkelsbühl Hintermeier | Device with which water can be broken down into hydrogen and oxygen by electrolysis |
| DE3413772A1 (en) | 1984-04-12 | 1985-10-24 | Siegfried Gutfleisch | System for supplying energy to buildings utilising solar energy as the energy source |
| DE4033528A1 (en) | 1990-10-22 | 1991-06-27 | Diaz Santanilla Guillermo | Solar energy assembly - is digitised in modules with direct conversion of light into energy in automated process |
| DE4137569A1 (en) | 1990-11-15 | 1992-05-21 | Bernhard Schneider | Hydrogen@ prodn. plant for moving over water - has ship pulling solar panel mounted floats which convert sun energy into electricity for driving electrolytic water decomposition cell |
| DE19758309A1 (en) | 1997-12-31 | 1999-07-08 | Guenter Thielmann | Electrolytically produced hydrogen using solar energy |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10232565A1 (en) | 2003-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| El Kady et al. | Parametric study and experimental investigation of hydroxy (HHO) production using dry cell | |
| EP2816284B1 (en) | Material recycling with an electropositive metal | |
| EP3408429A1 (en) | Method and device for the electrochemical utilization of carbon dioxide | |
| EP3390693B1 (en) | Method for generating carbon-based secondary energy carriers or basic chemical products | |
| DE10196986T5 (en) | Electrolytic commercial production of hydrogen from hydrocarbon compounds | |
| DE102018210304A1 (en) | High-current process for the production of ammonia | |
| US20200115806A1 (en) | Hydrogen generator | |
| DE102015214592A1 (en) | Process for producing a fuel gas and plant for producing a fuel gas with an electrolysis system for electrochemical carbon dioxide utilization | |
| EP3485065A1 (en) | Method for production of propanol, propionaldehyde and/or propionic acid from carbon dioxide, water and electrical energy | |
| DE4235125A1 (en) | Prodn. of synthesis gas by redn of carbon di-oxide in an electrolytic reaction cell - providing a non-fossil feedstock route to methanol, etc. | |
| DE2803868A1 (en) | CYCLIC, ELECTROLYTIC PROCESS FOR THE GENERATION OF COMMERCIAL HYDROGEN USING THE ENERGY OF POLLUTED, CARBON FUELS | |
| Nefedov et al. | Electrochemical production of hydrogen in reactors with reduced energy costs | |
| DE2638008C3 (en) | Process for the production of methane-enriched gas from coal and water by electrolytic means | |
| EP2650257A1 (en) | Device for the synthesis of regenerative methanol from methane gas containing CO2 | |
| DE20114745U1 (en) | Device for generating hydrogen | |
| DE102016219986B4 (en) | Process for the production of methane | |
| DE19523939C2 (en) | Plant for the storage and utilization of solar, wind and / or hydropower energy | |
| DE102009009848A1 (en) | Housing, hydrogen generating device and this comprehensive fuel cell power generation system | |
| DE102007029168A1 (en) | Apparatus for generating hydrogen and fuel cell system using the same | |
| WO2021069498A1 (en) | Producing carbon monoxide | |
| US1273050A (en) | Process of making combustible gas. | |
| DE4126349C2 (en) | Process for the electrolytic production of methanol and methane by reduction of carbon dioxide | |
| DE102008002108B4 (en) | Use of an electrolyte solution with water, at least one ionic compound and at least one chelating agent in an electrolyzer for a hydrogen generating device | |
| DE102016204951A1 (en) | Apparatus and method for recovering hydrogen by electrolysis using a thermochemical oxygen pump | |
| DE1958359A1 (en) | Method and device for the production of hydrogen |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20020117 |
|
| R163 | Identified publications notified |
Effective date: 20011113 |
|
| R197 | New subsequently filed claims on ip dossier | ||
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20050125 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20080218 |
|
| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20100415 |
|
| R071 | Expiry of right | ||
| R071 | Expiry of right |