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Leistungsdichte Apparate

Leistungsdichte Apparate

Die Arbeitsgruppe „Leistungsdichte Apparate“ beschäftigt sich mit der Auslegung, Charakterisierung und Optimierung von Reaktionsapparaten für chemische Umwandlungen in der Energieverfahrenstechnik. Aktuell werden vor allen Dingen Apparate für die Speicherung und Freisetzung von Wasserstoff aus flüssigen organischen Wasserstoffträgern (engl. Liquid Organic Hydrogen Carrier kurz LOHC) entwickelt. Die Arbeitsgruppe „Leistungsdichte Apparate“ arbeitet hierfür eng mit der Arbeitsgruppe „Wasserstoff und Energie“ (LINK) zusammen und überführt die neu entwickelten Katalysatorsysteme in ein Reaktorsystem und in die technische Anwendung.

Da bei der chemischen Wasserstoffspeicherung bzw. Wasserstofffreisetzung viele Prozessschritte in sehr extremen Prozessbereichen stattfinden (aus einem Milliliter LOHC werden bei Reaktionsbedingungen 1,2 L Wasserstoffgas), die so in der Technik selten bis nie realisiert wurden, sind viele etablierte Korrelationen nicht ohne weiteres anwendbar. Solche Korrelationen sind für die Auslegung und Optimierung von Apparaten aber besonders wichtig, da diese Reaktionen eine starke Wärmetönung aufweisen. Die Freisetzung, als stark endotherme Reaktion, ist davon abhängig, dass genug Energie in Form von Wärme zum Katalysator transportiert werden kann.

Daher werden neuartige Reaktorkonzepte wie z.B. der Dehydrierer bzw. Freisetzer in Plattenform (vgl. Abbildung 1) als Vergleichssysteme nachgebaut um wesentliche reaktionstechnische Parameter wie beispielsweise die Verweilzeitverteilung bzw. das Strömungsverhalten zu bestimmen. Die Versuche in solchen Apparaten werden mit Hilfe der statistischen Versuchsplanung (Design of Experiment) geplant und ausgewertet. Anhand der so erzeugten Daten können die neuartigen Reaktorkonzepte verstanden, verbessert und skaliert werden.

 

Abbildung 1: Plattendehydrierer als schematische Darstellung Abbildung 2: Wasser-Luft-Vergleichssystem für die Bestimmung der Verweilzeitverteilung im Plattendehydrierer

 

Neben der Erhöhung der Leistungsdichte der Reaktionsapparate steht die Prozessintensivierung und Prozessoptimierung im Fokus der Arbeitsgruppe „Leistungsdichte Apparate“. Mögliche Verbesserungen und Optimierungspotenziale werden zunächst in einer Simulation des Prozesses identifiziert und anschließend im Prozess realisiert. Ein Beispiel für eine solche Verbesserung und Intensivierung des Prozesses ist der sog. oneReactor. Dieses neuartige Reaktorkonzept ermöglicht die Speicherung und die Freisetzung von Wasserstoff in ein und demselben Reaktionsapparat. Dadurch werden nicht nur Investitionskosten für z.B. Pumpen, Apparate, Wärmetauscher, etc. reduziert, sondern auch Aufheiz- und Abkühlzeiten und damit Energie eingespart.

 

Abbildung 3: oneReactor System

 

Die obige Abbildung zeigt das komplett am Lehrstuhl entwickelte oneReactor-System inkl. sämtlicher für den Prozess nötigen Armaturen, Pumpen und Wärmetauschern. Das System wird im Rahmen des Leistungszentrums Elektroniksysteme http://www.lze.bayern/pilotprojekte/dc-backbone-mit-strom-gas-kopplung/ mit einem DC-Backbone gekoppelt und als vollständig hybridisierter Energiespeicher betrieben.