RENEWBILITY „Stoffstromanalyse nachhaltige Mobilität im Kontext ...

Institut für Verkehrsforschung
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Wasserstoffreinigung
Die finale Wasserstoffreinigung erfolgt in den vorhandenen Anlagen zur
Wasserstoffproduktion seit Ende der späten 1980-er über den vielseitig zum Einsatz
kommenden physikalischen Separationsprozess der Druckwechseladsorption /7/. Die
DWA ermöglicht die Produktion hochreinen Wasserstoffs (Reinheit bis 99,999 Vol.%);
mit chemischen und physikalischen Absorptionsverfahren (d. h. vergleichsweise
energieaufwändigere Wäschen) wäre nur ein Reinheitsgrad von 95 bis 98 Vol.%
erreichbar /14/. Um diese Reinheit zu erreichen, sollte das konditionierte Gas eine
Reinheit von über 50 Vol.% aufweisen /10/. Der DWA-Prozess nutzt die Unterschiede
der Partialdrücke der verschiedenen Gaskomponenten und arbeitet bei Temperaturen
um die 40 °C. Die zu entfernenden Gaskomponenten werden auf hohem Druckniveau
(ca. 5 bis 50 bar) adsorbiert und – nach einem Druckwechsel – auf niedrigem
Druckniveau (ca. 0,14 bis 0,35 bar) desorbiert.
Üblicherweise wird zunächst noch enthaltenes Wasser auskondensiert. Anschließend
durchläuft das Gas 3 bis 12 parallel verschaltete Adsorber, welche in zyklischer
Reihenfolge arbeiten /8/. Abhängig von der Größe der abzuscheidenden Gasmoleküle
kommen als Adsorbens Materialien wie Aktivkohle oder Zeolithmolekularsiebe (z. B.
Aluminiumoxid und Silikagel) zum Einsatz. Während in einem DWA-Reaktor die
Gasverunreinigungen adsorbiert werden, erfolgt in einem weiteren DWA-Reaktor die
Desorption der adsorbierten Gase sowie die Regeneration des Bettmaterials. Das
Desorptionsgas (sog. Restgas) enthält CO2, CH4, CO, N2 und H2O-Dampf sowie
geringe Mengen H2; die anteilige Zusammensetzung variiert stark und hängt von der
Auslegung der DWA ab. Das brennbare Restgas kann einerseits zur
Wärmebereitstellung für die Biomassetrocknung oder die Gaskonditionierung genutzt
werden; prinzipiell kann es ebenso zur Stromerzeugung eingesetzt werden.
Wasserstoffaufbereitung
Zur Distribution und Nutzung als Kraftstoff muss der gasförmige Wasserstoff für eine
höhere Energiedichte entsprechend aufbereitet werden. Während Einrichtungen zur
Wasserstoffkompression unabhängig von der Kapazität der Produktionsanlagen
errichtet werden können, ist die Installation von Verflüssigungsanlagen nur für
großtechnische Anlagen sinnvoll /2/.
� Wasserstoffkomprimierung. Zur Verdichtung können analoge Kompressoren
wie für die Erdgasverdichtung verwendet werden, sie müssen lediglich
geeignete Dichtungen (z. B. aus Teflon) aufweisen. Üblicherweise erfolgt eine
Kompression über mehrere Stufen. Die Investkosten für
Wasserstoffkompressoren sind stark abhängig vom Saug- und Ausgangsdruck
sowie vom Volumenstrom. Der erforderliche Saugdruck wird wiederum
determiniert vom Ausgangsdruck an der Produktionsanlage (je nach
Anwendung bei etwa 13 bis 30 bar) dem Leitungsdruck der Wasserstoffpipeline
oder dem minimalen Druck des CGHyd.-Trailers (min. 250 bar) je nach Art der
Versorgung.
Endbericht, Teil 1
Dezember 2009