Automatisierung solar-chemischer Prozesse zur Reduzierung von Wasserstoff-Gestehungskosten
Wasserstoff spielt in der Energiewende eine große Rolle. Er ist aufgrund seiner Speicherfähigkeit und Ressourcenverfügbarkeit geeignet, den Anteil der Erneuerbaren Energien - insbesondere im Verkehrs- und Wärmesektor - weiter zu erhöhen. Wasserstoff kann sowohl direkt und sehr effektiv mittels Brennstoffzellen in Strom umgewandelt werden als auch indirekt verwendet werden als Ausgangsprodukt für die Herstellung von synthetischen Brennstoffen wie Methan, Methanol oder Diesel. Diese können dann in konventionellen Verbrennungsmotoren, stationären Gasturbinen oder Flugzeugantrieben verwendet werden. In beiden Fällen würde Wasserstoff sowohl einen wichtigen Beitrag zur emissionsfreien Mobilität leisten, als auch das stark fluktuierende und gerade in Mitteleuropa stark wetterabhängige Angebot der Erneuerbaren Energien ausgleichen.
Der automatisierte thermochemische Prozess zur Wasserspaltung, der in ASTOR zum Einsatz kommt, benötigt Hochtemperaturwärme im Bereich 800°C–1400°C. Es wird ein Prozess in Gang gesetzt, bei dem ein als REDOX-Material eingesetztes Metalloxid zyklisch oxidiert und reduziert wird. Auf diese Weise wird abschnittsweise Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt.
Für ASTOR wird ein Reaktor entwickelt, der eine Weiterentwicklung der Reaktoren aus der HYDROSOL Projektfamilie darstellt. Er verfügt über eine thermische Kapazität von 250 kW. Als Material für den REDOX-Zyklus wird eine zelluläre Keramik aus Ceroxid eingesetzt.Da H2/CO und O2 in unterschiedlichen Schritten erzeugt werden, wird die Schwierigkeit einer Hochtemperaturtrennung vermieden. Das Nettoprodukt des Kreisprozesses ist ein qualitativ hochwertiges Synthesegas, das mittels Fischer-Tropsch-Synthese zu einem flüssigen Treibstoff weiterverarbeitet wird. Ein daraus synthetisiertes paraffinisches Kerosin ist bereits für die Luftfahrt zertifiziert.
Neben der Reaktorentwicklung liegen weitere Schwerpunkte auf der (Teil-) Automatisierung und dem Wärmemanagement des Prozesses. In Zusammenarbeit mit den Firmen Stausberg & Vosding und AWS-Technik wird eine Demonstrationsanlage für den Synlight® am DLR-Standort Jülich errichtet, mit der gezeigt werden soll, dass die entwickelten innovativen Komponenten auch zu einer Verbesserung des Prozesswirkungsgrades führen.
Die für den Prozess notwendige Wärme wird mit den Hochleistungsstrahlern des Synlight® erzeugt, die in diesem Fall die konzentrierte Solarstrahlung des Heliostatenfeldes ersetzten bzw. simulieren. Der Synlight® bietet ideale Bedingungen, um in umfangreichen Testkampagnen weitere wichtige Betriebserfahrungen zu sammeln.
Weiterer Partner im Konsortium ist die Rheinische Fachhochschule Köln, die u.A. ein Systemmodell für das Verfahren erstellt, mit dem man gemeinsam mit den Betriebserfahrungen ein größeres Anlagenkonzept entwickeln kann, das hinsichtlich solar-chemischem Wirkungsgrad der Anwendungsreife weiter näher kommt.
Rheinische Fachhochschule Köln (RFH)
Stausberg & Vosding GmbH
AWS-Technik e.K.
Landesregierung NRW
Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) „Investitionen in Wachstum und Beschäftigung“ im Rahmen des Leitmarktwettbewerbs ErneuerbareEnergien.NRW