Optimierter solarbetriebener Schwefelkreislauf für billige Wasserstoffproduktion
Derzeit wird an Verfahren zur schnelleren Markteinführung von Wasserstoffbrennstoffzellen geforscht, vor allem an den thermochemischen Kreisläufen. Das Gemeinsame Unternehmen "Brennstoffzellen und Wasserstoff" ist eine öffentlich-private Partnerschaft zwischen Europäischer Kommission, europäischen Unternehmen und Forschern, um die Markteinführung von Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnologien voranzutreiben. Die Spaltung von Wasser mit konzentriertem Sonnenlicht gilt seit einigen Jahren als wichtige Strategie zur umweltfreundlichen Herstellung von Wasserstoff und wird dementsprechend gefördert. Schwerpunkt des EU-finanzierten Projekts SOL2HY2 (Solar to hydrogen hybrid cycles) war der solarbetriebene Schwefelsäurehybridprozess (HyS), einer der zukunftsfähigsten Ansätze zur Erzeugung von Wasserstoff durch Wärmeenergie. HyS ist ein zweistufiger Prozess, bei dem Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten werden. Wegen der Schwefeloxidation und -reduktion wird er als hybrider thermochemischer Zyklus definiert. Der erste Schritt ist die elektrochemische Reaktion, der zweite Schritt die thermochemische Hochtemperaturreaktion. Erste Forschungsarbeiten zur Elektrolysephase im HyS erfolgten seitens der Atomindustrie, da kerntechnisch erzeugte Wärme billiger ist als Sonnenenergie. Aber auch mit neueren Technologien lassen sich die Kosten für die Wasserstoffproduktion kaum unter 3 bis 3,50 EUR pro Kilogramm senken. Das Konsortium integrierte nun in einem innovativen Niedrigenergieprozess Solarwärme und Kerntechnik, in dem gleichzeitig Wasserstoff und Schwefelsäure erzeugt werden. Mit der einfacheren Struktur und dem Gewinn, der mit dem Verkauf der Säuren und Mitnutzung bestehender Anlagen erzielt wird, sind die Kosten der Wasserstoffproduktion um 50 % niedriger als mit konventionellen Prozessen. SOL2HY2 optimierte den zyklischen Prozess für eine breitere Palette an erneuerbaren Rohstoffen und reduzierte Investitionskosten wie auch Gesamtkosten der Produktion. Zudem wurden die zahlreichen Vorteile einer neu entwickelten Strategie für depolarisierte Schwefeldioxid-Elektrolyseure gegenüber herkömmlichen Verfahren demonstriert. Das Konsortium entwickelte einen Elektrolyseur, der bei Raumtemperatur arbeitet, sowie neue platin- und palladiumfreie Beschichtungen, die dann getestet wurden. Zudem wurde für die Hochtemperaturphase des Prozesses ein Solarreaktor mit einem billigen und stabilen Katalysator entwickelt und bei Sonnenlicht demonstriert. Diese Ergebnisse werden die Kosten für die Wasserstoffproduktion senken und das billige, umweltfreundliche Verfahren zur Wasserstoffproduktion in der Brennstoffzellen-, Energieerzeugungs- und Transportindustrie etablieren.
Schlüsselbegriffe
Wasserstoff, Schwefelsäurehybridprozess, HyS, Elektrolyseur, Wasserstoffbrennstoffzelle, saubere Energie, SOL2HY2, konzentrierte Sonnenenergie
