Innovative Seasonal Energy Storage with Iron Oxides

Activity: Talk or presentationTalk at conference or symposiumScience to public

Description

Die Nutzung von Metalloxiden zur Erzeugung von Wasserstoff und zur Speicherung des chemischen Potentials gewinnt zunehmend an Bedeutung. Durch Redox-Zyklen mit umweltfreundlichen, kostengünstigen und einfach zu verwendenden Sauerstoffträgern wie Eisen(oxiden) bieten chemische Kreislaufprozesse eine einzigartige Gelegenheit zur thermochemischen Wasserstofferzeugung und somit der Energiespeicherung. Die Reduktion des Oxids mit Wasserstoff oder anderen reduktiven Gasen dient als „Ladevorgang“, wobei die chemische Energie im Sauerstoffträgermaterial gespeichert wird. Durch erneute Oxidation des Metalls mit Wasserdampf wird reiner Wasserstoff und Wärme freigesetzt. Die zeitliche Trennung der Reduktionsstufe von der Oxidationsstufe ermöglicht ein verlustarmes, hochreines Speichersystem mit großer Zyklenstabilität, das sich vor allem für die saisonale Speicherung eignet.
Eine 10-kW-Demonstrationsanlage mit einem Festbett-Chemical-Looping-Reaktor wurde zur Untersuchung dieser Energiespeichereigenschaften verwendet. Fe2O3 diente als Ausgangsstoff für den zyklischen Redoxbetrieb. Al2O3 bildete einen inerten Stabilisator, der für die notwendige zyklische Stabilität bei 850 °C sorgte und somit die Freisetzung von hochreinem Wasserstoff bei hoher Speichereffizienz des Materials ermöglichte. Die für die endotherme Reduktion notwendige Wärme wird im folgenden exothermen Entladeschritt wieder frei. Die Implementierung eines Systems zur effektiven Rekuperation der Reaktionsenthalpie bzw. Prozesswärme steht im Zentrum der Prozessoptimierung. Dabei soll die freiwerdende Wärme genutzt werden, um den nächsten Ladeschritt zu unterstützen und die Gesamteffizienz des Prozesses steigern.
Nicht nur Wasserstoff, sondern auch andere reduktive Gase, können je nach Temperatur und Verweilzeit bzw. Raumgeschwindigkeit zum Beladen des Speichers genutzt werden. Da nur die chemische Energie des Gases gespeichert wird, ist auch in diesem Fall das gasförmige Produkt Wasserstoff von großer Reinheit. Auf diese Weise können beispielsweise auch Biogas oder Holzgas zur Wasserstoffproduktion genutzt und ihre Energie gespeichert werden.
Eckdaten
• Gravimetrische Speicherdichte von 4%
• Speicherkapazität von ca. 0,66 kWh/kg Fe2O3
• Materialkosten von 16 EUR/t H2
• Wasserstoffreinheit von >99,999%
Period15 Feb 2024
Event title18. Symposium Energieinnovation: Europas Energiezukunft - Sicher, leistbar, sauber!?
Event typeConference
LocationGraz, AustriaShow on map
Degree of RecognitionNational