Hochreiner Wasserstoff für Brennstoffzellen – direkt aus dem Ammoniak-Cracker? Auf dem Jahrestreffen der DECHEMA-Fachsektion Energie, Chemie und Klima präsentierte Projektleiter Fausto Tidona vom ZBT jetzt das Projekt ZWOC. Ziel ist es, mit einem innovativen Cracker-Design den Aufwand für die Reinigung des Prozessgases vor der Verwendung in Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzellensystemen erheblich zu reduzieren.
Ein zentrales Element des gemeinsamen Projekts mit der Universität Duisburg-Essen ist der kontinuierliche Abgleich zwischen Simulation und Experiment. Dies dient nicht nur der Optimierung der Simulationen, sondern auch der fundierten Prozessanalyse. Durch ein besseres Verständnis der lokalen Bedingungen und Reaktionsmechanismen sollen die gewonnenen Erkenntnisse auf weitere Reaktorkonzepte und industrielle Anlagen übertragbar sein. Damit leistet das Projekt einen wichtigen Beitrag zum Aufbau einer umfassenden Wissensbasis, die über das aktuelle Forschungsvorhaben hinaus Anwendung finden kann.
Ammoniak als Wasserstoffträger – Herausforderungen und Potenzial
Ammoniak (NH₃) besitzt enormes Potenzial als Wasserstoffträger – ideal für die Schifffahrt, die dezentrale Energieversorgung und verschiedene industrielle Prozesse. Dank hoher Energiedichte, einfacher Lager- und Transportmöglichkeiten sowie Kohlenstofffreiheit stellt Ammoniak eine attraktive Alternative zu fossilen Energieträgern dar.
Allerdings erfordert die Nutzung von Ammoniak-Crackern für Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzellensysteme eine aufwendige Aufreinigung des Cracker-Produktgases, da diese Systeme auf höchste Wasserstoffreinheit angewiesen sind. Bislang fehlen jedoch kompakte, kosteneffiziente und industriell einsetzbare Cracker-Technologien, die hochreinen Wasserstoff direkt aus Ammoniak liefern können.
Zwei Zonen für zusätzliche Reinheit – und ein präziser Abgleich mit der Simulation
Im Projekt ZWOC entwickeln das ZBT und die Universität Duisburg-Essen gemeinsam einen innovativen Zweizonen-Ammoniak-Cracker, um hochreinen Wasserstoff direkt nutzbar für Brennstoffzellen zu erzeugen und so den Reinigungsaufwand deutlich zu reduzieren.
Das Cracker-Design kombiniert zwei klar definierte Zonen:
- Zone 1: Hochaktive Katalysatoren arbeiten bei niedrigen und damit materialschonenden Temperaturen.
- Zone 2: Temperaturstabile Katalysatoren sorgen bei hohen Temperaturen für eine vollständige Ammoniak-Umwandlung.
Ein wesentliches Merkmal des Projekts ist die enge Verzahnung zwischen Modellierung, Simulation und experimenteller Validierung. Der Abgleich zwischen experimentellen Daten und simulationsgestützten Berechnungen ermöglicht nicht nur eine zielgerichtete Optimierung der Betriebsparameter, sondern auch eine fundierte Prozessanalyse, die über das aktuelle Projekt hinaus Anwendung finden kann. Dadurch lassen sich zukünftige Entwicklungen gezielt vorantreiben und neue Cracker-Designs effizient auslegen.
Methodik: Simulation, Experiment und Optimierung
- Experimentelle Untersuchungen: Screening und Auswahl von Katalysatoren, Aufbau von Versuchsreaktoren und Durchführung von Validierungstests
- Modellierung & Simulation: Analyse von Reaktionskinetiken, Stofftransport und Wärmeübertragung – mit direkter Rückkopplung zur experimentellen Umsetzung
- Reaktorkonzept: Entwicklung eines skalierbaren, effizienten und wirtschaftlichen Systems, das auf Simulationsergebnissen und Experimentaldaten basiert
- Validierung: Kontinuierlicher Abgleich zwischen Simulation und Experiment zur Identifikation und Umsetzung von Optimierungsstrategien
Der Abgleich von Simulation und Experiment bildet dabei nicht nur die Basis für die Optimierung des aktuellen Crackers, sondern auch eine fundierte Grundlage für zukünftige Entwicklungen im Bereich der Ammoniak-Wasserstoff-Technologie.
Einladung zum Austausch
Fausto Tidona lud zum Abschluss seines Vortrags herzlich zum Austausch ein. Dies gilt nicht nur für die Anwesenden im DECHEMA-Haus in Frankfurt, sondern auch für alle interessierten Unternehmen und wissenschaftlichen Institutionen, die sich mit Ammoniak, Wasserstoff und nachhaltigen Energietechnologien beschäftigen. Neugierig geworden? Nehmt gerne Kontakt zu uns auf!
Abteilung Energieträger und Prozesse
Das Projekt wird im Rahmen des Förderprogramms 01IF23273N finanziert. Weitere Updates folgen im Projektverlauf.
