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Neues Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff mit niedrigem CO-Gehalt


Weinheim, 4. September 2003 - Überall arbeitet man an transportablen Nachfülllösungen für Wasserstoff-Tanks, da sich Brennstoffzellen erst durchsetzen werden, wenn dieser Vorgang wesentlich einfacher gestaltet werden kann. Das Problem dabei ist jedoch, das Wasserstoff, der nach den üblichen Verfahren hergestellt wird, größere Mengen an Kohlenmonoxid (CO) enthält, das die Funktion der Brennstoffzelle beeinträchtig und nur durch mehrere aufwendige Verfahrensschritte entfernt werden kann.

Die Forscher James A. Dumesic und Rupali R. Davda von der University of Wisconsin haben in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "Angewandte Chemie" nun ein Verfahren vorgestellt, mit dem Wasserstoff mit einem geringeren CO-Anteil hergestellt werden kann. Nicht Erdölprodukte sondern Kohlenhydrate, beispielsweise Ethylenglycol, die aus Biomasse gewonnen werden, dienen bei diesem Verfahren zur Wasserstoff-Produktion.

In einem katalytischen Reforming-Prozess werden diese Ausgangsstoffe bei ca. 225 C unter Druck in flüssigem Wasser zu CO und Wasserstoff gespalten. In einer Folgereaktion, dem so genannten Wassergas-Shift,wird dann CO mit Wasserdampf zu CO2 und wiederum Wasserstoff umgesetzt. Da beide Reaktionen im gleichen vergleichsweise niedrigen Temperaturbereich laufen, können sie gemeinsam in einem Reaktor stattfinden - ein besonderer Vorteil für transportable Wasserstoff-Erzeuger. Beim Reforming entstehen CO und Wasserstoff, also gasförmige Produkte, die in der flüssigen Phase Gasblasen bilden. Innerhalb dieser Blasen findet anschließend der Wassergas-Shift statt. Diese Reaktion ist eine Gleichgewichtsreaktion. Die Edukte werden nicht vollständig zu Produkten umgesetzt, sondern es stellt sich ein bestimmtes Mengenverhältnis ein.

Um die CO-Menge zu minimieren, müssen die Bedingungen in den Blasen so eingestellt werden, dass das Gleichgewicht möglichst weit auf die Seite der Produkte verschoben wird. Das geht, indem die Menge an Wasserdampf in den Blasen maximiert wird. Unter diesen Bedingungen können sich allerdings die Ausgangsstoffe für den Reforming-Prozess zersetzen. Um auch noch dieses Problem zu lösen, griffen Davda und Dumesic zu einem Kniff. Sie teilten den Reaktor in zwei Zonen. In der unteren findet das Reforming statt, es entstehen Gasblasen mit relativ wenig Wasserdampf, die aufsteigen und dann die obere Zone erreichen. In dieser "Shift-Zone" wird die Temperatur um etwa 10 C herauf gesetzt. Dadurch verdampft eine große Menge Wasser, so dass der Wassergas-Shift unter optimalen Bedingungen stattfindet und die CO-Menge auf Brennstoffzellen-taugliche Levels gesenkt werden kann.

Mehr dazu finden interessierte Leser hier: Angew. Chem. 2003, 115 (34), 4202 - 4205

(Presseinfomation der Zeitschrift "Angewandte Chemie" / CM)

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