Chemischer Energiespeicher (H₂)

Das Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V. (IUTA) beschäftigt sich seit 2007 mit der Entwicklung und dem Test von Wasserstoff- und Wärmespeichern, bei denen als Speichermaterialien geeignete Metallhydride eingesetzt werden.

Bestimmte Metalle bzw. Metallmischungen reagieren mit Wasserstoff unter Bildung von Metallhydriden. Dabei wird Wärme freigesetzt (Bildungsenthalpie). Die Rückreaktion, die Freisetzung von Wasserstoff, wird erreicht, wenn dem Metallhydrid wieder Wärme zugeführt wird. Damit eignet sich diese Reaktion sowohl zur Wasserstoffspeicherung, als auch zur Wärmespeicherung.

Dazu werden von IUTA zwei Hauptentwicklungslinien verfolgt:

Wasserstoffspeicher auf Basis von Natriumaluminiumhydriden.
Dabei stand bei der Konstruktion die prinzipielle Serienfertigungstauglichkeit des Speichers im Fokus der Entwicklung. Der Speicher eignet sich auf Grund des Betriebstemperaturniveaus in idealer Weise zur Kopplung mit einer Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzelle. Die Brennstoffzelle liefert dabei die Wärme, um den Wasserstoff aus dem Speicher freizusetzen. Anwendungsgebiete für den Speicher sind stationäre Brennstoffzellensysteme,

Hochtemperaturwärmespeicher auf Basis von Magnesiumhydrid.
Zielsetzung bei dieser Entwicklung ist die Speicherung von Wärme bis zu einem Temperaturniveau von 550°C. Ein entsprechender Speicher wurde im Labormaßstab mit 5 kg Speichermaterial (Metallhydrid) entwickelt. Der Langzeit-Testbetrieb des Speichers und die Skalierung in den Technikumsmaßstab stehen aktuell im Fokus der Arbeiten. Anwendungen des thermochemischen Speichers sind die Wärmespeicherung in solarthermischen Kraftwerken für den Nachtbetrieb und in konventionellen Kraftwerken zur Flexibilisierung des Betriebs, sowie die Zwischenspeicherung von Prozesswärne zur Effizienzsteigerung in Industrieprozessen.

Die besonderen Kompetenzen des IUTA liegen bei der Auslegung, Konstruktion und dem Aufbau der druck- und temperaturstabilen Speicherbehälter und Anschlüsse, der Realisierung effektiver Wärmeübertragungen zwischen dem Speichermaterial und den Wärmeübertragungsfluiden (Thermoöle bzw. Salzschmelzen bei hohen Übertragungstemperaturen) und dem Aufbau und dem Betrieb von Versuchsständen zur Untersuchung dieser metallhydridbasierten Energiespeicher. Die Herstellung der Metallhydride erfolgt dabei durch den Kooperationspartner, dem Max-Planck-Institut (MPI) für Kohlenforschung, Mülheim a. d. Ruhr.

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Robert Urbanczyk
urbanczyk@iuta.de
Tel. +49 20 65 / 418 – 222

Dr. rer. nat. Stefan Peil
peil@iuta.de
Tel. +49 20 65 / 418 – 222

Aktuelle Projekte

Forschungsprojekt EFRE-0800055:
HT-PEM-Brennstoffzellensystem durch thermische und stoffliche Kopplung mit einem neuartigen Metallhydrid-Wasserstoffspeicher – HyKoHTPEM

IGF-Forschungsprojekt 19695 N:
Weiterentwicklung eines thermochemischen Wärmespeichers für Hochtemperaturanwendungen bis 550 °C

Publikationen

R. Urbanczyk, K. Peinecke, S. Peil, M. Felderhoff
“Development of a heat storage demonstration unit on the basis of Mg2FeH6 as heat storage material and molten salt as heat transfer media”
International Journal of Hydrogen Energy 42 (2017) 13818-13826

R. Urbanczyk, M. Meggouh, R. Moury, K. Peinecke, S. Peil, M. Felderhoff
„Demonstration of Mg2FeH6 as heat storage material at temperatures up to 550°C”
Applied Physics A (2016) 122:315

R. Urbanczyk, K. Peinecke, M. Meggouh, P. Minne, S. Peil, D. Bathen, M. Felderhoff
„Design and operation of an aluminium alloy tank using doped Na3AlH6“
Journal of Power Sources 324 (2016) 589-597

R. Urbanczyk, K. Peinecke, M. Felderhoff, K. Hauschild, W. Kersten, S. Peil, D. Bathen
„Aluminium alloy based hydrogen storage tank operated with sodium aluminium hexahydride Na3AlH6“
International Journal of Hydrogen Energy 30 (2014) 17118-17128

R. Urbanczyk
„Experimentelle Untersuchung der thermischen Kopplung einer HT-PEM-Brennstoffzelle mit einem Waserstoffspeicher auf Basis von Natriumalanat“
Disseration, Universität Duisburg-Essen, 2014

M. Felderhoff, R. Urbanczyk, S. Peil
Thermochemical Heat Storage for High Temperature Applications- A Review
Green Band 3 Heft 2 (2013) 113-123

R. Urbanczyk, S. Peil, D. Bathen, C. Heßke, J. Burfeind, K. Hauschild, M. Felderhoff, F. Schüth:
“HT-PEM Fuel Cell System with Integrated Complex Metal Hydride Storage Tank
Fuel Cells 11-6 (2011) 911-920

Dr. Michael Felderhoff, Dr. Stefan Peil, Dipl.-Ing. Robert Urbanczyk:
„Wasserstoffspeicher im Festkörper“
HZWEI – Magazin für Wasserstoff und Brennstoffzellen, Hydrogeit Verlag, April 2011

R. Urbanczyk, D. Bathen, S. Peil, K. Hauschild, M. Felderhoff, J. Burfeind, C. Heßke
„Thermisch mit einer HT-PEM-Brennstoffzelle gekoppelter H2-Speicher (NaAlH4)“; Chemie Ingenieur Technik 82(9) (2010) 1608 ff