Flüssiger organischer Wasserstoffträger

Wenn Flüssige organische Wasserstoffträger (englisch: flüssige organische Wasserstoffträger , LOHC ) wurden organische Organischen Verbindungen bezeichnet , den Wasserstoff und Durch chemische Reaktion wieder aufnehmen Kann abgeben. LOHCs können als Speichermedien für Wasserstoff verdorben werden.

Prinzip LOHC-basierte Wasserstoffspeicherung

Zur Aufnahme von Wasserstoff reagiert , welche Form des LOHCs dehydrierte (Ein ungesättigten, meist aromatische verbindung) in Einer Hydrierungsreaktion MIT – DM hydrogen. Die Hydrierung ist a exotherme Reaktion und Wird bei erhöhten Druck (etwa 30 bis 50 bar) und von Temperaturen von etwa 150 bis 200 ° C in Gegenwart Eines Katalysator durchgeführt. Wird dabei Gebildet korrespondierende gesättigte verbindung sterben , die bei Umgebungsbedingungen gelagert beziehung weise transportiert Kann waren. Wieder Wird der Wasserstoff benötigt Wird sterben Nonne hydriert, wasserstoffreiche Form LOHCs dehydriert , Wobei der Wasserstoff wieder aus dem LOHC freigesetzt Wird. Diese Reaktion ist endothermTemperaturen (250 – 320 ° C), wir in Gegenwart eines Katalysators. Vor der nutzung der Wasserstoffs of this Ich geliert Beine fallen noch von LOHC-Dampf gereinigt waren. Zur Steigerung der Effizienz sollte sterben im Heissen, aus der austretenden Freisetzungseinheit Stoffstrom enthaltene Wärme auf den Kalten, in denen Freisetzungseinheit eintretenden Stoffstrom aus Wäschegewebe frei chem LOHC übertragen waren.
Welche insbesondere bei der freien Wasserstoffaufnahme war Einkommen Wärme der Hydrierungsreaktion Läßt mich zu prinzipiell Heizungszwecken oder als Prozesswärme Nutzen. [1]

Anforderungen an ein LOHC-Material

Die wichtigsten Anforderungen an einen LOHC sind:

  1. Flüssiger Aggregatzustand im gesamten relevanten Temperaturbereich
  2. Temperatur- und Zyklentstabilität
  3. Ungiftigkeit
  4. Umkehrbarkeit der Wasserstoffaufnahme

Um Eine Einfache Handhabung (Pumpbarkeit, ua) zu gewährleisten ist das Flüssige Aggregat wichtig. Dabei ist zu beachten, Dass ein LOHC im laufe des Prozess in Verschiedenen Formen vorliegt: die dehydrierte (wasserstoffarmen) bilden, wobei die hydriert (scrubber Staub frei chen) und Form geliert Beine fallen weder Verschiedene Zwischenstufen. Die Schmelztemperatur soll dabei unter Raumtemperatur für alle Formen liegen. Dies ist beispielsweise ein Problem bei N -Ethylcarbazol, das in dem Formular dehydrierten EIN Schmelzpunkt von ca. 70 ° C aufweist. Daneb musste vermutet werden, deshalb in der Dampfphase möglichst verhindert werden. Ein Siedepunkt unter der Temperatur bei der Dehydrierreaktion, The Höchste Temperatur im Prozess, ist dabei nicht ausreichend, da Durch anwesenheit von Wasserstoffs der Partialdruck von LOHCs in der Gasphase wird schon REDUZIERT und DAHER nennenswerte Evaporation stirbt Unterhalb der Siedetemperatur MöGLICH ist. LOHC-Materialien sollen diese Stoffe mit möglichem niedrigen Dampfdruck signalisieren.
Da ein LOHC recycliert, dh immer wieder neu und mit Wasserstoff arbeiten ENTLADEN Wird, sollte Möglichst wenig Zersetzung auftreten. Dabei ist NEBEN den Hohen Temperaturen im Prozess Auch anwesenheit sterben katalytisch AktiVen Materialswährend der Hydrierung und zu Dehydrierung Anweisungen.
Entrepreneur for die Anwendbarkeit als LOHC ist die Umkehrbarkeit der Wasseraufnahme bei technisch sinnvollen Bedingungen. Prinzipiell ist jede ungesicherte Verbindung in der Lage, durch Hydrierung Wasserstoff aufzunehmen. Da diese Abgabe thermodynamisch unabhängig ist, sind aromatische Verbindungen wie LOHCs geeignet.

Bestimmung des Hydriergrads

Bei der oder Hydrierungs- Dehydrierungsreaktion kam es nicht zu Einem zwangsläufig Vollständigen Umsatz des dehydrierten BZW. hydratisiert LOHCs. Es Kann DAHER Eine Mischung teilhydrierte entstehen, stirbt sie aus Vollständig hydriert, Teilweise hydriert und dehydriert Vollständig Moleküle zusammensetzen. Für die praktische Anwendung ist das wichtige Kenntnis des jeweiligen Hydriergrads. Dies könnte eine Art „Ladezustand“ oder Energiegehalt des LOHCs genannt werden. Deshalb wurde Möglichkeiten zur Bestimmung des Hydriergrads benötigt. Da Eine komplexe Laboranalytik (beispielsweise Profilierung mittels Gaschromatographie oder NMR ) in der technischen Chemie Praxis nicht in Frage kommt Mit anderen wurden Korrelationen, leicht zu Chaos ordnet Größen used. IneserviceBrechungsindex und sterben Dense eignen sich hierfür. [2]

Beispiele für LOHC-Materialien

Toluol / Methylcyclohexan

Vorbereitungen in den 80er Jahren Jahren gab Versuche mit Toluol , das ist die Hydrierung zu Methylcyclohexan umgesetzt worden. [3] Die Grundidee dieser Variante wurde 1975 aus den USA und wurde 1979 am Paul-Scherrer-Institut in der Schweiz mit der ETH Zürich weiterentwickelt. Prepared damals aus dem Prototyp eines LKWs, der von der Dehydrierung von Methylcyclohexan angetrieben wurde. [4] [5] Der gesammelte Kreislauf wurde als M Ethylcyclohexan- T oluol- H 2-System (MTH) bezeichnet. [6]

N- Ethylcarbazol

Hydrierung und Dehydrierung von N- Ethylcarbazol

current Forschung gegenwärtig Wird unter Anderem in der N -Ethylcarbazol unter sucht, binden Mitte der 2000er-Jahre von der US-Firma Air Products als Wasserstoffspeicher fect Ascheschichten und Pastete gedeiht Wurde. [7] Durch das Vorhandensein des Stickstoffatoms lassen sich Dodecahydro- N- ethylcarbazol die Dehydratation abschwächen. Die Temperaturen dehydrieren als Imkermolke Methylcyclohexan. Eine relativ effiziente Energiespeicherung wird dadurch ermöglicht. In der Natronlauge wurde N- Ethylcarbazol-cane bis zu 5,8 Gew.% Wasserstoff ausgefällt, wobei ein formalen Energiegehalt von 1,9 kWh / kg entspricht. Die Dehydrierung erfolgt bei Temperaturen von ca. 200 bis 230 ° C. [8] Eine Herausforderung stellt die relativ hohe Schmelzpunkt der dehydrierten Form von ca. 70 ° C dar.

Dibenzyltoluol

Um sterben HÖHE Schmelztemperatur von N -Ethylcarbazol und den Hohen Dampfdruck von Toluol zu umgehen, Kanns Dibenzyltoluol used waren. Dieser Stoff wird gegenwärtig bereit als Wärmeträgeröl eingesetzt. Zur Dehydrierung sind Temperaturen von ca. 300 ° C nötig. Allerding ist Dibenzyltoluol, andere Trägersubstanzen fielen in physikaliko-chemische Eigenschaften ein. [9] [10]

Weitere potentielle LOHCs

Benzyltoluol
Benzyltoluol wird chemisch mit Dibenzyltoluol vermischt und die Chemikalie ist dabei sehr sehr ähnlich. Der Einsatz von Benzyltoluol wurde ebenfalls geprüft. Sie finden den Dutphen Höheren Dampfdruck im Vergleich zu Dibenzyltoluol einen Nachtteil.
Naphthalin
Das System Naphthalin / Decalin wurde auch in der Fachliteratur als Trägermaterial diskutiert. [11] Nacht ist hier Allerdings, genau was bei N- Ethylcarbazol, das bei RaumtemperaturTemperatur wachsfrei ist, ist.
Azaborin
Bei diesem Ringdrüsur können zusätzlich diejenigen, die die Wasserstoffetetration erhalten haben, die nicht N- Ethylcarbazol sind, auch noch ein Bor- Atom eingebaut werden. Solche Azaborineschweißung ist grundsätzlich bei sehr niedrigen Dehydrierungstemperaturen. Allerdings sind hier noch viele Fragen zu Stabilität und Reversibilität ungeklärt. [12]

Umsetzung

Am 29. Januar 2016 war der Gewinner der LOCH-Anlage zur Speicherung von Wasserstoff bei Dibenzyltoluol eingeweiht. Sie wurde von der Hydrogenious Technologies GmbH entwickelt und erstellt. Mit Hilfe von Solarstrom aus einer 98 kW p-Fotovoltaikanlage mit PEM-Elektrolyse Wasserstoff erzeugt. Dieses wurde in Dibenzyltoluol gezeigt. [13] Die Hydrogenious Technologies GmbH erhielt den Titel des Innovationspreises der deutschen Wirtschaft .
Forschung zum Thema LOHC findet unter anderem Energie Campus Nürnberg statt. [14]

Einzelstunden

  1. Hochspringen↑ D. Teichmann, K. Stark, K. Müller, G. Zöttl, P. Wasser Scheid, W. Arlt, „Energiespeicherung in Wohn- und Gewerbebauten mit BioFlüssigwasserstoffträger (LOHC)“ Energy & Environmental Science 2012 , 5, 5, 9044-9054, doi: 10.1039 / C2EE22070A .
  2. Hochspringen↑ K. Müller, R. Aslam, A. Fischer, K. Stark, P. Wasser Scheid, W. Arlt, „Experimentelle Beurteilung des Grades der Hydrierung Belastung für das Dibenzyltoluol basierend LOHC System“, International Journal of Hydrogen Energy, 2016, 41, 47, 22097-22103, doi: 10.1016 / j.ijhydene.2016.09.196 .
  3. Hochspringen↑ M. Taube, P. Taube “ einem flüssigen organischen Träger oder Wasserstoff als Kraftstoff für Automobile“, In: Hydrogen Energy Fortschritts; Proceedings of the Third World Hydrogen Energy Conference, Tokyo, Japan, 23-26 Juni 1980Band 2 (A81-42851 20-44) Oxford und New York, Pergamon Press, 1981, S. 1077-1085.
  4. Hochspringen↑ M. Taube, D. Rippin, DL Cresswell, Knecht W., N. Grünenfelder “ ein System oderwasserstoffbetriebene Fahrzeuge mit flüssigen organischen Hydride“, International Journal of Hydrogen Energy, 1983, 8, 3, 213-225 , doi: 10.1016 / 0360-3199 (83) 90067-8 .
  5. Hochspringen↑ M. Taube, D. Rippin, W. Knecht, D. Hakimifard, B. Milisavljevic, N. Grünenfelder, „Ein LkwPrototyp von flüssigem Wasserstoff aus organischen Hydride angetrieben“, International Journal of Hydrogen Energy, 1985, 10, 9 595-599, doi: 10.1016 / 0360-3199 (85) 90035-7 .
  6. Hochspringen↑ Übersichtsbeitrag Energiesicherung als Element einer sichern Energieversorgung. In: Chemieingenieur Technik. 87, 2015, S. 17, doi : 10.1002 / cite.201400183 , dort S. 49. – Gemeinsame GCC JAPAN Umwelt Symposia 2013 .
  7. Hochspringen↑ GP Pez, AR Scott, AC Cooper, H. Cheng, FC Wilhelm, AH Abdou Razak, „Wasserstoffspeicherung durch reversible Hydrierung von pi-konjugierten Substrate“ , USPatent 7351395, angemeldet 4. November 2005 erteilt 1. April 2008.
  8. Hochspringen↑ B. Müller, K. Müller, D. Teichmann, W. Arlt, „Energiespeicherung undmittels Methan energietragenden Gewebe – ein Vergleich ThermoDynamik“, Chemie Ingenieur Technik 2011, 83, No. 11, 1-13, doi: 10.1002 / cite.201100113 .
  9. Hochspringen↑ N. Brückner, K. Obesser, A. Bosmann, D. Teichmann, W. Arlt, J. Dungs, P. Wasserscheid, Beurteilung von Applied Industriell Wärmeübertragungsfluide Achse Organische Flüssigkeit Hydrogen Carrier Systems , In: ChemSusChem , 2014 , 7, 229-235, doi: 10.1002 / cssc.201300426 PDF .
  10. Hochspringen↑ C. Krieger, K. Müller, W. Arlt: Energetische Analyse von LOHC-Systemen als thermochemische Wärmespeicher. In: Chemieingenieur Technik. 86, 2014, S.1441 , doi : 10.1002 / cite.201450058 .
  11. Hochspringen↑ S. Hodoshima, S.Takaiwa, A. Shono, K. Satoh, Y. Saito, „Hydrogen Storage durch Decalin / NaphthalinPaar und Versorgungs Wasserstoff Brennstoffzellen durch Verwendung von überhitztem Flüssigfilmtyp catalysis“, Applied Catalysis A: Allgemein 2005, 283, 1-2, 235-242, doi: 10.1016 / j.apcata.2005.01.010 .
  12. Hochspringen↑ K. Müller, K. Stark, B. Müller, W. Arlt, „Amine Boran-basierte Wasserstoffträger: Eine Bewertung“ Energy & Fuels 2012, 26, 6, 3691-3696, doi: 10.1021 / ef300516m .
  13. Hochspringen↑ Von der Forschung zum Produkt – Produktvorstellung der Hydrogenious Technologies GmbH, 1. Februar 2016
  14. Hochspringen↑ Themen Wasserstoffspeicherung auf der Homepage des Energie Campus Nürnberg (zuletzt abgerungen: 25. April 2017)

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