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05 | 2019

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EnergieForum Wasserstoff

EnergieForum Wasserstoff spielt als gasförmiger Energiespeicher bei zahlreichen Anwendungen eine immer größere Rolle. Er stellt für alle Bereiche, in denen bisher Erdgas, Mineralölprodukte oder Kohle verwendet werden, eine nachhaltige Alternative dar. Bild: annca / pixabay.com Ölfreie, trockenlaufende Kompressoren für Elektrolyse-Anwendungen Verdichtung wasserdampfgesättigter Gase WASSERSTOFF | Als gasförmiger Energiespeicher ist Wasserstoff in der Industrie eine Alternative zu Erdgas, Mineralölprodukten oder Kohle. Die Sunfire GmbH, Dresden, stellt Elektrolyseure für die Produktion von grünem Wasserstoff oder Synthesegas her. Um den Energieträger langfristig zu speichern, greift Sunfire auf einen kompakten, trockenlaufenden Kompressor der Mehrer Compression GmbH aus Balingen zurück, mithilfe dessen auch wasserdampfgesättigter Wasserstoff durch Abscheiden von Wasserdampfpartikeln verdichtet werden kann. Als gasförmiger Energiespeicher spielt Wasserstoff bei zahlreichen industriellen Anwendungen eine immer größere Rolle – etwa als wichtiger Ausgangsstoff in der chemischen Industrie oder zur CO 2 -freien Entschwefelung von Dieselkraftstoff in Raffinerien. Für alle Branchen, in denen bisher Erdgas, Mineralölprodukte oder Kohle verwendet werden, stellen Wasserstoff oder Synthesegas eine langfristige Alternative dar. Als Hersteller von Elektrolyseuren für die Produktion von grünem Wasserstoff oder auch Synthesegas möchte Sunfire solche Alternativen weiter vorantreiben und produziert Elektrolyseure, die aus Dampf sowie Ökostrom grünen Wasserstoff erzeugen. Um den hergestellten Energieträger langfristig zu speichern und effizient zu verwenden, suchte Sunfire nach zwei Verdichtern und entschied sich für das Modell TRZ 200 von Mehrer Compression. Dabei handelt es sich um einen zweistufigen, ölfreien Kompressor, der trockenlaufend auch wasserdampfgesättigten Wasserstoff durch schrittweises Abscheiden von Wasserdampfpartikeln problemlos verdichten kann. Aufgrund der kompakten und modularen Bauweise lässt sich dieser Verdichter in jeden Container integrieren. Seit Mitte 2018 setzt Sunfire nun zwei Wasserstoffverdichter aus dem Hause Mehrer an unterschiedlichen Standorten ein: In Karlsruhe nutzt das Unternehmen den Verdichter an einer H 2 -Tankstelle für Brennstoffzellenfahrzeuge. In Duisburg hingegen wurde der Kompressor in die Infrastruktur eines Forschungsinstituts integriert. „Wir entschieden uns für das Modell TRZ 200 von Mehrer, da diese Kompressoren mit wenig oder sogar ganz ohne Vordruck arbeiten können“, berichtet Klaus Ullrich, Head of Sales Electrolysis bei Sunfire. „Außerdem war uns bei den kleinen Demonstrationsanlagen 52 BWK Bd. 71 (2019) Nr. 5

EnergieForum der geringe Volumenstrom von 0 bis 6 m 3 (i. N.)/h des Modells wichtig.“ Individuell angefertigte Wasserstoffverdichter Im Vorfeld der Beauftragung besuchte das Vertriebsteam von Mehrer die Energiespezialisten von Sunfire, um die notwendigen Anforderungen für die zwei unterschiedlichen Einsatzorte zu ermitteln. Ein Standardprodukt kann dies nur im Ausnahmefall direkt erfüllen. „Wir besitzen dank unseres breiten Portfolios an Verdichterlösungen für Wasserstoff bis 1 000 bar bei verschiedenen Volumenströmen umfassendes Know-how auf diesem Gebiet und können basierend auf Vor-Ort-Meetings sämtliche Anforderungen optimal mit dem Kunden abstimmen“, so Luis Tändler, Vertrieb & Marketing bei Mehrer Compression. „Gerade im Bereich kritischer Prozessgase – wie Wasserstoff – müssen Kompressoren aufgrund verschiedener Anforderungen der Kunden wie beispielsweise stark schwankender Prozessparameter immer individuell gestaltet werden.“ Nach Abstimmung aller wichtigen Informationen begann das Team von Mehrer mit der Herstellung der beiden Wasserstoffverdichter in ihrem Werk in Balingen. Dabei wurden sämtliche essenziellen Bauteile inhouse gefertigt, um die Qualität der einzelnen Komponenten zu garantieren. Beim TRZ 200 handelt es sich um eine zweistufige, ölfreie Prozessgasmaschine, die eine problemlose Verdichtung von toxischen und brennbaren Gasen ermöglicht. Wie alle Kompressoren aus dem Hause Mehrer ist der TRZ 200 für den Dauerbetrieb (Heavy Duty) bei gleichzeitig hoher Laufruhe ausgelegt. Vor Ende der Fertigstellung unterzog Mehrer alle gasberührten und druckbeaufschlagten Teile einer hydrostatischen Druckprüfung sowie einem Full-Performance-Test. Anschließend erhielten die Kompressoren ein Prüfzertifikat mit Chargennummer, um die garantierten Leistungsdaten zu dokumentieren. Beim TRZ 200 handelt es sich um eine zweistufige, ölfreie Prozessgasmaschine, die eine problemlose Verdichtung von toxischen und brennbaren Gasen ermöglicht. Seit Mitte 2018 befindet sich nun jeweils ein TRZ 200 aus dem Hause Mehrer an zwei Einsatzorten von Sunfire: In Karlsruhe (linkes Bild) nutzt das Unternehmen den Verdichter an einer H 2 -Tankstelle für Brennstoffzellenfahrzeuge. In Duisburg hingegen wurde der Kompressor in die Infrastruktur eines Forschungsinstituts integriert. Schrittweise Abscheidung von wasserdampfgesättigtem H 2 Eine besondere Herausforderung im Projekt mit Sunfire stellte die hohe Sättigung des Wasserstoffs mit Wasserdampf durch das verwendete Dampf-Elektrolyseverfahren dar. „Dieses beruht auf einer Festoxid-Zellen-Technologie, die dank eines hohen elektrischen Wirkungsgrades im Vergleich zu bisherigen Lösungen eine kosteneffiziente Produktion von Wasserstoff ermöglicht“, erklärt Ullrich. „Deswegen musste der Kompressor in der Lage sein, das Gas zu verdichten, aber gleichzeitig die Wasserdampfpartikel zu entfernen.“ Um eine Beschädigung des Verdichters durch das gesättigte Gas zu verhindern, scheidet der TRZ 200 die darin enthaltenen Wasserpartikel schrittweise ab. „Dieser Abscheidevorgang erzeugt durch Zentrifugalkräfte eine Wirbelströmung und ermöglicht so die Trennung des Gases und der Wasserpartikel“, erläutert Tändler. „Aufgrund der Verwirbelung werden die gasseitigen Wasserdampfmoleküle abgelöst und durch automatische Kondensatableiter ausgeschleust. Das geschieht sowohl an der Saugseite der Verdichter als auch nach jeder Verdichtungsstufe.“ Der von der Elektrolyse produzierte drucklose Wasserstoff am Eingang des Verdichters enthält bis zu 10 Vol.-% Feuchtigkeit und kann durch diesen prozesssicheren Aufbau des Verdichterpackages gefahrlos verdichtet werden. i www.sunfire.de, www.mehrer.de Bild: Mehrer Compression Bild: Sunfire BWK Bd. 71 (2019) Nr. 5 53

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