Saubere Stromversorgung
Veröffentlicht auf 29. November 2020 |
von Tina Casey
29. November 2020 durch Tina Casey
Jetzt, da jeder über das Gambit der Königin Bescheid weiß, machen Sie sich bereit für das Prinzip von Le Chatelier. Dies ist der Gedanke hinter einem neuen hocheffizienten Verfahren, das gleichzeitig den Markt für grünes Ammoniak und grünen Wasserstoff ankurbeln könnte. Grüner Wasserstoff ist bereits eine Sache, die das Ammoniak-Puzzleteil herausfinden lässt, und das US-Energieministerium plant bereits einen Kurs in diese Richtung.
Das US-Energieministerium steht hinter einem neuen Projekt für grünes Ammoniak zu Wasserstoff, das darauf abzielt, die globale Dekarbonisierung auf Warp-Geschwindigkeit zu bringen (Screenshot über US DOE).
Grüner Ammoniak für die Wirtschaft mit grünem Wasserstoff
Für diejenigen unter Ihnen, die neu in diesem Thema sind, ist Wasserstoff ein reichlich vorhandener, emissionsfreier Brennstoff und chemischer Baustein, der hauptsächlich aus fossilen Quellen stammt – aber nicht lange. Da die Kosten für Wind- und Sonnenenergie weiter sinken, verbessert sich das finanzielle Bild für die Elektrolyse, bei der Wasserstoff aus Wasser mit Strom „gespalten“ wird.
Andere grüne Wasserstoffwege sind ebenfalls in der Entwicklung, aber die Elektrolyse scheint vorerst einen Vorteil in Bezug auf die Marktreife zu haben, sodass jetzt alle von der grünen Wasserstoffwirtschaft der Zukunft begeistert sind. Es müssen jedoch noch technologische Hindernisse überwunden werden, und eines davon ist, wie der Wasserstoff auf eine Weise transportiert werden kann, die unter dem Strich sinnvoll ist. Das Huckepack von Wasserstoff auf die vorhandene Gaspipeline-Infrastruktur ist eine Option, lässt jedoch weite Teile des potenziellen Marktes ungenutzt.
Transportmöglichkeiten öffnen sich etwas weiter, wenn Wasserstoff verflüssigt wird, aber es kostet Geld, Wasserstoff zu verflüssigen. Eine neue Lösung besteht darin, den grünen Wasserstoff an oder nahe seinem Produktionspunkt zu grünem Ammoniak zu verwenden (die Formel für Ammoniak lautet NH3). Die Verflüssigung von Ammoniak ist kostengünstiger, die USA verfügen bereits über eine umfangreiche Transport- und Speicherinfrastruktur für Ammoniak, und die Ammoniakindustrie könnte sicherlich eine umweltfreundliche Überarbeitung vertragen (der größte Teil des Ammoniaks wird derzeit aus Methan oder anderen fossilen Quellen hergestellt).
US-Energieministerium setzt auf grünes Ammoniak
Das ist alles schön und gut, aber was hat es mit der Wasserstoffwirtschaft der funkelnden grünen Zukunft zu tun? Viel, wenn die neue Forschung ausfällt. Die Idee ist, grünes Ammoniak als transportablen Träger für grünen Wasserstoff zu verwenden.
Das ist leichter gesagt als getan, denn jetzt geht es darum, den Wasserstoff vom Ammoniak wegzubekommen. Das kostet Geld und das Ganze muss finanziell Sinn machen.
Und hier kommt das US-Energieministerium ins Spiel. Die Agentur war im Mittelpunkt des Strebens nach grünem Wasserstoff und hat sich auch auf den Zug mit grünem Ammoniak gestürzt.
Die Energieabteilung hat ihre Bemühungen im Jahr 2016 durch eine neue Wasserstoffinitiative namens REFUEL, kurz für, formalisiert Erneuerbare Energie für Kraftstoffe durch Verwendung energiedichter Flüssigkeiten. REFUEL zielt darauf ab, „skalierbare Technologien zur Umwandlung elektrischer Energie aus erneuerbaren Quellen in energiedichte kohlenstoffneutrale flüssige Brennstoffe (CNLFs) und bei Bedarf wieder in Strom oder Wasserstoff umzuwandeln“.
REFUEL nahm 2016 in den letzten Tagen der Obama-Regierung Gestalt an. Wenn Sie glauben, dass das Energieministerium den Ball fallen gelassen hat, nachdem Obama im Januar 2017 sein Amt niedergelegt hat, raten Sie noch einmal. Grüner Ammoniak ist nur eines von mehreren Dekarbonisierungsprogrammen, die die Energieabteilung in den letzten vier Jahren mit Begeisterung durchgeführt hat. Das Büro für transformative Energie ARPA-E wurde mit der Leitung von REFUEL beauftragt und führte im August 2017 eine Kickoff-Konferenz nur mit Einladung durch.
Der Anstrengung Gravitas zu verleihen war Siemens, die erklärte, dass grünes Ammoniak ermöglichen würde “Dekarbonisierung der Weltwirtschaft bis 2100 und grundlegende Veränderungen auf dem weltweiten Energiemarkt bereits heute. “
Soviel zur Rettung all Ihrer Kohlejobs!
Die Dekarbonisierung der Weltwirtschaft geht weiter
Wo waren wir? Oh, richtig, grünes Ammoniak. Wenn unsere Bilanz stimmt, hat REFUEL bereits 17 Projekte auf seiner Finanzierungsliste, darunter ein Ammoniak zu Wasserstoff Stipendium an ein Forscherteam von Northwestern University. zusammen mit einer Unterstützung von der Nationale Wissenschaftsstiftung.
Das Northwestern-Team hat gerade seine Ergebnisse in veröffentlicht Joule unter dem Titel, "Feste Säure Elektrochemische Zelle für die Herstellung von Wasserstoff aus Ammoniak, ” und wenn Sie keine Zeit haben, das Ganze zu lesen, ist der Hauptautor der Studie Sossina M. HaileWalter P. Murphy, Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik im Nordwesten der USA, bietet eine praktische Zusammenfassung.
"Es ist schwierig und teuer, Wasserstoff zu transportieren, aber es gibt bereits ein umfangreiches Ammoniak-Abgabesystem", erklärt Professor Haile. „Es gibt Pipelines dafür. Wir liefern weltweit viel Ammoniak für Düngemittel. Wenn Sie uns Ammoniak geben, können die von uns entwickelten elektrochemischen Systeme dieses Ammoniak vor Ort in jedem Maßstab in brennstoffzellenbereiten, sauberen Wasserstoff umwandeln. “
„Wenn Sie Ammoniak vor Ort und auf verteilte Weise in Wasserstoff umwandeln, können Sie in eine Tankstelle fahren und unter Druck stehenden Wasserstoff für Ihr Auto erhalten. Das Interesse an Wasserstoffbrennstoffzellen für die Luftfahrtindustrie wächst ebenfalls, weil die Batterien so schwer sind “, fügt sie hinzu.
Um den grünen Kuchen zu vereisen, arbeitet das neue Ammoniak-Umwandlungsgerät bei einer relativ niedrigen Temperatur von 250 Grad Celsius, wodurch das Team Strom aus erneuerbaren Energien einsetzen konnte, um den Prozess anzutreiben. Ein herkömmliches elektrochemisches Verfahren dieser Art erfordert eine höhere Wärme von 500 bis 600 Grad Celsius.
Um das Sahnehäubchen auf dem Kuchen zu vereisen, produziert das Gerät reinen Wasserstoff, der nicht weiter verarbeitet werden muss, und es verliert keine Energie durch Nebenreaktionen.
All dies ist aus der Sicht von DERS, auch bekannt als verteilte Energieressourcen, sehr interessant, die die Energieabteilung als Schlüssel für die Zukunft des funkelnden grünen, sicheren und belastbaren Stromnetzes der Zukunft festgelegt hat. Denken Sie an Ammoniakbrennstoff, verteilte Windenergie und Solaranlagen auf dem Dach, und Sie können sehen, wo der Wasserstoff-Ammoniak-Wasserstoff-Winkel passt.
Was ist das alles über das Prinzip von Le Chatelier?
Das Herzstück des Durchbruchs im Nordwesten ist eine elektrochemische Zelle mit einer protonenleitenden Membran, die mit einem Katalysator verbunden ist, der Ammoniak in Wasserstoff und Stickstoff aufspalten kann.
Die Reaktion wandelt den Wasserstoff in Protonen um, die dann durch die Membran der elektrochemischen Zelle herausgezogen werden.
„Indem wir den Wasserstoff kontinuierlich abziehen, treiben wir die Reaktion weiter voran, als dies sonst der Fall wäre. Dies ist als Le Chateliers Prinzip bekannt “, erklärt Haile. "Indem wir eines der Produkte der Ammoniakspaltungsreaktion entfernen – nämlich den Wasserstoff – treiben wir die Reaktion voran, über das hinaus, was der Ammoniakspaltungskatalysator allein kann."
Das Prinzip von Le Chatelier ist ein Vorhersagewerkzeug, mit dem Chemiker vorhersagen können, was passieren wird, wenn Sie eine Chemikalie in einem Gleichgewichtszustand stören (Spoiler-Alarm: Es wird versucht, das Gleichgewicht wiederherzustellen).
In einer interessanten Wendung hat sich der französische Wissenschaftler, der es entwickelt hat – Henry Louis Le Chatelier – an einem Punkt seiner langen und bemerkenswerten Karriere mit der Ammoniakproduktion beschäftigt.
Leider hat er sich nicht sehr weit versucht. Unsere Freunde bei sciencenotes.org Erklären Sie, dass sein experimentelles Ammoniaksynthesegerät explodierte und einen seiner Assistenten tötete, wodurch seine Bemühungen in diesem Bereich beendet wurden.
Andere hämmerten weiter auf das Problem ein und nur wenige Jahre später tauchte der Haber-Bosch-Prozess auf, der dem Versuch von Le Chatelier ähnelte, aber das fehlende Stück durch Einsatz von aus der Luft extrahiertem Stickstoff füllte.
Le Chatelier war während dieses Durchbruchs immer noch da (er starb 1936) und war dafür bekannt, dass er sein Bedauern darüber zum Ausdruck brachte, dass er seine Arbeit nicht weiterführte. Er ahnte nicht!
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Bild (Screenshot): via US-Energieministerium, ARPA-E.
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Über den Autor
Tina Casey ist spezialisiert auf militärische und unternehmerische Nachhaltigkeit, fortschrittliche Technologie, aufkommende Materialien, Biokraftstoffe sowie Wasser- und Abwasserprobleme. Die Artikel von Tina werden häufig auf Reuters, Scientific American und vielen anderen Websites erneut veröffentlicht. Die geäußerten Ansichten sind ihre eigenen. Folgen Sie ihr auf Twitter @ TinaMCasey und Google+.