Entwicklung eines katalytisch aktivierten Wärmetauschers für die effiziente Freisetzung von reinem Wasserstoff aus LOHC-Systemen

Angesichts der Verknappung fossiler Brennstoffe werden Technologien zur Gewinnung erneuerbarer Energien (Solar- und Windenergie) weiterentwickelt und ausgebaut. Die zeitlich und örtlich fluktuierende Verfügbarkeit dieser Energieformen stellt jedoch einen entscheidenden Nachteil gegenüber Erdöl und -gas dar. Daher sind effiziente Speicher- sowie Transporttechnologien gefragt, um eine gleichmäßige Energieverteilung zu gewährleisten. Dabei wird grüner Wasserstoff als sekundärer Energieträger eine zunehmend wichtige Rolle spielen, sowohl in industriellen (> MWh) als auch automobilen (120-200 kWh) Anwendungsfeldern.

LOHC (liquid organic hydrogen carrier) stellen dabei eine attraktive Verbindungsklasse zur Speicherung und Freisetzung von Wasserstoff dar. Diese Flüssigkeiten umgehen das Problem der physikalischen Speicherung von Wasserstoff, was sehr hohe Drücke (300 bar) oder tiefe Temperaturen (22-45 K) erfordert. Ebenso die bereits vorhandene Infrastruktur (Tanklaster, -schiffe, -züge etc.) ist ein erheblicher Vorteil bei der Nutzung von LOHCs als Speichermoleküle.

Benzyltoluol (BT), eine schwer entflammbare Flüssigkeit, lässt sich in diesem Zusammenhang als LOHC nutzen. Die Beladung von entladenem H0-BT mit der sechsfachen molaren Menge an Wasserstoff erfolgt katalytisch unter erhöhtem Druck und Temperatur in einer exothermen Reaktion. Dabei entsteht das beladene H12-BT, welches die Speicherung sowie den Transport der Energie ermöglicht. Bei entsprechendem Energiebedarf wird der Wasserstoff wieder katalytisch freigesetzt, in einer endothermen Reaktion auf niedrigerem Druckniveau. Der freigewordene Wasserstoff kann wiederum zur Energienutzung beispielsweise in eine Brennstoffzelle oder Brennkammer eingespeist werden.

Der Schwerpunkt der Forschung in diesem Projekt liegt auf der effizienten Freisetzung des Wasserstoffs aus H12-BT, um diesen beispielsweise in automobilen Anwendungen nutzbar zu machen. Dazu soll ein katalytisch aktivierter Wärmetauscher auf Grundlage eines Pt/Al₂O₃-Katalysatorsystems entwickelt werden.

Das Projekt wird in Zusammenarbeit und mit der Finanzierung von Umicore S./A. durchgeführt.

[1] Preuster, P., Alekseev, A., & Wasserscheid, P. (2017). Hydrogen storage technologies for future energy systems. Annual review of chemical and biomolecular engineering, 8, 445-471.

[2] Auer, F., Blaumeiser, D., Bauer, T., Bösmann, A., Szesni, N., Libuda, J., & Wasserscheid, P. (2019). Boosting the activity of hydrogen release from liquid organic hydrogen carrier systems by sulfur-additives to Pt on alumina catalysts. Catalysis science & technology, 9(13), 3537-3547.