DELTA

Inhaltsverzeichnis

1. 1. Kurzbeschreibung

DELTA: Entwicklung eines tubularen Dampf-Elektrolyseurs mit integrierter Kohlenwasserstoffsynthese

Projektleiter:	Prof. Dr.-Ing. habil. Antonio Hurtado Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang Lippmann
Mitarbeiter:	Felix Schwabe, M.Sc. Dipl.-Ing. Louisa Schwarze Torge Stührmann, M.Sc. Fabian Morgenstern
Laufzeit:	09/2016 – 12/2020
Finanzierung:	Europäische Union (EFRE) und der Freistaat Sachsen
Förderkennzeichen:	100240618
Kooperationen:	Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf – Institut für Fluiddynamik (HZDR) Technische Universität Dresden – Professur für Technische Thermodynamik (TUD-TTD) Technische Universität Bergakademie Freiberg – Institut für Technische Chemie (TUBAF-ITC) Technische Universität Bergakademie Freiberg – Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik (TUBAF-IKGB) Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS)

Verbundprojektkoordination
Technische Universität Dresden - Professur für Wasserstoff- und Kernenergietechnik (TUD-WKET)

Kurzbeschreibung

Mit den Bestrebungen das Energieversorgungssystem zunehmend zu defossilisieren, nimmt der Ausbau der Nutzung von Wind- und Solarenergie in Deutschland zu. Infolgedessen werden Technologien zur räumlichen und zeitlichen Entkoppelung zwischen Energiebereitstellung und –nutzung benötigt. Dies setzt die Einbindung von kurz-, mittel- und langfristigen Energiespeicherkapazitäten in das Energieversorgungssystem sowie den Ausbau von Energietransportkapazitäten voraus. Die Umwandlung der Elektroenergie in chemische Energie scheint ein vielversprechender Ansatz hierfür zu sein. Kohlenwasserstoffe als Energieträger sind aufgrund ihrer hohen Energiedichte in vielen Bereichen nur schwer zu ersetzen – sei es im Verkehrsbereich oder beim Transport großer Energiemengen in Pipelines. Die vorrangige Nutzung von Wasserstoff als Energieträger (Wasserstoffwirtschaft) erscheint aufgrund der hohen Anfangsinvestitionen zur Umrüstung der auf Kohlenwasserstoffen basierenden Energieinfrastruktur sowie der geringen volumetrischen Energiespeicherdichte des Wasserstoffs als ungünstig.

Aus diesen Gründen fokussiert das Verbundprojekt DELTA die Synthese von Methanol oder höheren flüssigen Kohlenwasserstoffen auf Basis von Strom, Wasser und Kohlenstoffdioxid. Wasser und volatile Elektroenergie werden in einem protonenleitenden Hochtemperatur-Elektrolyseur genutzt, um Wasserstoff rein auf Seite der Synthese bereitzustellen. Dieser wird ohne zusätzliche Gasaufbereitungsstufen oder Zwischenspeicherung heterogen katalytisch in Methanol konvertiert. Die Verwendung kann sektorübergreifend erfolgen.

Um den innovativen Energieumwandlungsprozess zu demonstrieren, wird an der Professur für Wasserstoff- und Kernenergietechnik eine integrale Versuchsanlage errichtet. Hierfür wird ein hochflexibles Reaktionsgefäß thermodynamisch und konstruktiv ausgelegt. Dieses beinhaltet im Wesentlichen eine Elektrolysezelle sowie Syntheseeinheit, deren optimaler Betrieb durch unterstützende Baugruppen, wie interne Wärmeübertrager oder Druckregelvorrichtungen, gewährleitet werden muss. Um die metallischen und keramischen Komponenten, insbesondere der neuartigen tubularen Elektrolysezelle miteinander zu verbinden, werden im Hochleistungslaserlabor Fügemethoden neu entwickelt und erprobt. Darüber hinaus ist zu prüfen, inwieweit die laserbasierte Strukturierung funktionaler Oberflächen die Reaktionsführung optimieren kann. Mit der Erprobung des Demonstrators wird erstmalig ein Funktionsnachweis sowohl für die Bereitstellung von hochreinem Wasserstoff mithilfe der innovativen protonenleitenden Elektrolysezelle als auch eines integrierten Power-to-Methanol-Prozesses erbracht. Abschließend soll eine Wirtschaftlichkeitsprüfung der weltweit einmaligen Versuchsanlage erfolgen.