Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Techn. Biowissenschaften
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Grüner Wasserstoff kostengünstig transportiert

Durch maßgeschneidertes Verfahren auf Basis der Membran-Gaspermeation und Adsorption

Die Speicherung von überschüssiger elektrischer Energie aus alternativen Quellen (Wind, Solar, …) ist eine Schlüsselherausforderung der Energiewende.
Das Power-to-Gas Konzept stellt einen vielversprechenden Ansatz dar.
Dabei wird überschüssige elektrische Energie genutzt, um einen speicherbaren Energieträger (z.B. Wasserstoff, Methan) herzustellen. Wasserstoff bietet sich besonders an, da er in der Endanwendung höchst effizient und CO2-neutral ist.
Die vom Verbraucher oft weit entfernte elektrische Energieerzeugung macht einen sehr energieeffizienten Transport äußerst wichtig.

Idee

Die Idee des hier vorgestellten Konzeptes ist es, den Wasserstoff in das bestehende Erdgasnetzwerk (vorhandene Infrastruktur) einzuspeisen, kostengünstig zu transportieren und an beliebiger Stelle mit Brennstoffzellenqualität abzutrennen.

Rahmenbedingungen

Aufgrund gesetzlicher Regulierungen dürfen in Österreich derzeit maximal 4 vol.% Wasserstoff im Erdgasnetzwerk vorhanden sein. Fahrzeuge mit Brennstoffzellen benötigen (laut ISO 14678-2:2012) 99.97 vol.% reinen Wasserstoff.

Umsetzung

Höchste ökologische und ökonomische Effizienz unter Einhaltung der Rahmenbedingungen wird durch das hier vorgestellte dreistufige Konzept umgesetzt.
In Stufe Eins sorgt eine Membran-Gaspermeation für eine höchst energieeffiziente Vorab-Aufkonzentrierung und für eine drastische Mengenreduzierung.
In Stufe Zwei wird Wasserstoff in einer nachfolgenden Druckwechseladsorption (PSA) weiter angereichert.
Schritt Drei kann je nach Bedarf als weitere adsorptive Feinreinigung zugeschaltet werden und gewährleistet die gewünschte Produktqualität.

    Optimierung

    Ausgehend von umfangreicher praktischer Erfahrung der Forschungsgruppe auf dem Gebiet der Gastrennung wurden neben experimentell ermittelten Daten zu Membranen und Adsorption vor allem eigens entwickelte numerische Modelle verwendet.
    Die numerische Methode verbindet einen im Experiment validierten Finite-Differenzen-Solver für die Simulation der Membran-Gaspermeation und ein ebenfalls im Experiment validiertes dynmaisches Adsorptionsmodell in Verbindung mit einem numerischen Levenberg-Marquardt-Verfahren für die Prozessoptimierung.
    Auf Basis dieser effektiven Kombination können maßgeschneiderte mehrstufige Anlagen entwickelt und dimensioniert werden.
    Die simulationsunterstützte Auslegung ermöglicht die Identifizierung einer optimalen Verschaltung und Dimensionierung der einzellnen Prozessschritte. Neben der Optimierung der Einzelschritte wird vor allem das gesamte Konzept auf höchste Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit ausgelegt.

    Ergebnisse

    Das Ergebnis der Entwicklungen an der TU Wien in Kooperation mit der OMV AG ist eine kompakte Anlagentechnik, welche Wasserstoff in Brennstoffzellenqualität abtrennen kann. Das restliche Stoffgemisch wird auf den Ausgangsdruck gebracht und in die Erdgasleitung rückgespeist. Sofern die benötigte elektrische Energie aus alternativen Energiequellen stammt ist dies eine CO2-neutrale Abtrennung.

    Nutzen für Sie

    Das Know-how der TU Wien ermöglicht Ihnen:

    • Energieoptimierte Wasserstoffabtrennung mit optimaler Kombination von Wasserstoffausbeute, benötigter Prozessenergie und Investitionskosten
    • CO2-neutrale Abscheidung
    • Wasserstoff in Brennstoffzellenqualität
    • Lösungen für die Prozessintegration
    •  Lösungen für die Prozessautomatisierung

    Partner & Finanzierung

    Die OMV Gas & Power unterstützt das Projekt aktiv als Projektpartner.

    Dieses Projekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms „ENERGY MISSON AUSTRIA“ durchgeführt.

     

    Kontakt: Ass.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Michael Harasek