RENEWBILITY „Stoffstromanalyse nachhaltige Mobilität im Kontext ...

Institut für Verkehrsforschung
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Ein Grund dafür, dass H2 überhaupt diskutiert wird, ist die Vielzahl der
Herstellungsmöglichkeiten und einsetzbaren erschöpflichen und regenerativen
Ressourcen. Hier sind die zentrale und dezentrale Erzeugung durch Elektrolyse,
Verflüssigung und Tankertransport sowie Pipelinetransport Gegenstand. Für 2005 ist
die Prozesskette nur fragmentarisch realisiert.
Technik
Die Darstellung folgt im Wesentlichen [Bossel et al. 2005], [FhG 2004] und [LBST
2001].
Elektrolyse
An der Gesamt-H2-Produktion hat die Elektrolyse mit weltweit etwa 5% [FhG 2004] nur
einen relativ geringen Anteil. Außerdem handelt sich bei Elektrolyse-H2 weitgehend um
ein Nebenprodukt der Chlor-Alkali-Elektrolyse. Die Elektrolyse zur H2-Gewinnung wird
vor allem im Zusammenhang mit der Nutzung von regenerativem Strom diskutiert.
Das gängige Verfahren ist die konventionelle alkalische Elektrolyse bei Temperaturen
bis etwa 90°C und "leichtem" Überdruck bis etwa 10 bar. Druckelektrolyseure (ab etwa
30 bar) haben den Vorteil, den Kompressionsaufwand für den Pipelinetransport oder
die Verflüssigung zu reduzieren; sie sind für 35 bis 100 bar verfügbar, aber aufwendig.
Seit geraumer Zeit mit wechselnder Intensität in der Entwicklung sind
Hochtemperatur(HT)elektrolyseure, bei denen der Strombedarf reduziert wird, indem
die Dissoziationsenergie (Gibbs-Energie, Freie Enthalpie) des Wassers thermisch (T
um 800°C) reduziert wird. Bei der Membranelektrolyse schließlich soll der Verbrauch
durch direkt auf der Membran angebrachte Elektroden reduziert werden.
Der Einfluss der Größe auf die Effizienz von Elektrolyseanlagen ist nach [LBST 2001]
und [concawe 2006] gering. Zwischen zentralen und dezentralen Anlagen bestünde
danach energetisch kein großer Unterschied.
Verflüssigung
Die Verflüssigung erfolgt in mehreren Kompressions- und Expansionsstufen. Durch
den extrem niedrigen Siedepunkt von 20,3 K, die Inversionstemperatur von 202 K und
die Ortho/Para-Umwandlung ist sie allerdings technisch und energetisch extrem
aufwendig. (Deshalb hat flüssiger Wasserstoff zur Zeit auch im Vergleich zu H2 an sich
keine größere technische oder wirtschaftliche Bedeutung.) Die Effizienz hängt stark
von der Größe der Anlage ab, wäre also auch für zentrale und dezentrale Anlagen
unterschiedlich. In [Bossel et al. 2005] werden für bestehende Anlagen Kapazitäten bis
etwa 2 t / h angegeben (bzw. lassen sich auf Basis des Textes annehmen);
Machbarkeitsstudie betrachten danach Anlagen bis 12,5 t / h.
Lagerung und Umschlag
Die Lagerung erfolgt in doppelwandigen Tanks mit einer Vielschichtvakuumisolation
(bis 100 Schichten auf 2,5 cm) [FhG 2004]. Nach [LBST 2001] sind LH2-Großtanks
Endbericht, Teil 1
Dezember 2009