Wasserstofflogistik: flüssige organische Wasserstoffträger

Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende Element im Universum. Gleichzeitig ist es auch das leichteste Element und bezogen auf seine Masse sehr energiereich: Der gravimetrische Energieinhalt von Wasserstoff ist dreimal so hoch wie der von Benzin. Eine Erzeugung ist rein aus erneuerbaren Energiequellen möglich. Wasserstoff ist also einer der vielversprechendsten Energieträger für unsere Zukunft. Doch es gibt auch einige Herausforderungen beim Transport und der Lagerung, zum Beispiel die Sicherheit, Konversions- und Lagerverluste sowie das Fehlen notwendiger Infrastruktur. Die Wasserstofflogistik mittels flüssiger organischer Wasserstoffträger (engl. liquid organic hydrogen carriers, LOHCs) ist hier ein vielversprechender Lösungsansatz: Ähnlich dem Prinzip einer Pfandflasche kann das Trägeröl den Wasserstoff aufnehmen, sicher verwahren und bei Bedarf wieder abgeben.

Zusammenfassung

Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHCs) stellen eine vielversprechende Alternative zur Speicherung und zum Transport des grünen Energieträgers Wasserstoff dar. Gegenüber den herkömmlichen Verfahren, wie Kompression und Verflüssigung, bietet die LOHC-Technologie Vorteile in Bezug auf Sicherheit und Verlustfreiheit bei vergleichbarer volumetrischer Energiedichte. Durch reversible chemische Bindung des Wasserstoffs in der LOHC-Trägerflüssigkeit kann diese als flüssige Pfandflasche angesehen werden. Die Einspeicherung und Freisetzung erfolgen dabei jeweils über eine chemische Reaktion. Im vorliegenden Artikel werden verschiedene Anwendungsszenarien der LOHC-Technologie und damit zusammenhängende, aktuelle Projekte vorgestellt. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die Versorgung von Gebäuden mit Strom und Wärme über eine Verknüpfung von LOHC-Dehydrierung und einer Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) realisiert werden kann. Die klimaneutrale Versorgung von Gewerbeparks kann durch Einbindung eines saisonalen LOHC-Speichers in ein bestehendes Wärmenetz verbessert werden. Die Kopplung mit einem Blockheizkraftwerk ermöglicht dabei die Nutzung aller Wärmeströme und einen hohen Speicherwirkungsgrad. Darüber hinaus kann die LOHC-Technologie zur Realisierung eines sicheren, günstigen und emissionsfreien Bahnverkehrs auf nicht-elektrifizierten Strecken beitragen. Im Gegensatz zur Nutzung von gasförmigem Wasserstoff als Treibstoff kann bei der Betankung von Zügen mit dem flüssigen LOHC-Speichermedium die bestehende Infrastruktur für Diesel genutzt werden.

Summary

Liquid Organic Hydrogen Carriers (LOHCs) represent a promising alternative for the storage and transport of the green energy carrier hydrogen. Compared to conventional methods, such as compression and liquefaction, the LOHC technology offers advantages in terms of safety and loss-free storage at comparable volumetric energy density. Due to reversible chemical bonding of the hydrogen in the LOHC fluid, the latter can be regarded as a liquid returnable bottle. The storage and release take place in each case via a chemical reaction. In this article, various application scenarios of the LOHC technology and related current projects are presented. In summary, it can be stated that the supply of buildings with electricity and heat can be realised by combining LOHC dehydrogenation and a solid oxide fuel cell (SOFC). The climate-neutral supply of industrial parks can be improved by integrating a seasonal LOHC storage system into an existing heating network. The coupling with a combined heat and power plant enables the use of all heat flows and a high storage efficiency. In addition, the LOHC technology can contribute to the realisation of safe, cheap and emission-free rail transport on non-electrified lines. In contrast to the use of gaseous hydrogen as fuel, the existing infrastructure for diesel can be further used for refuelling trains with the liquid LOHC storage medium.

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