Energieträger Wasserstoff (eBook)

Vorwort 6
Inhaltsverzeichnis 10
1 Chemisches Element Wasserstoff 13
1.1 Charakteristika des Wasserstoffs 13
1.2 Herstellungsverfahren 14
1.2.1 Elektrolysemethoden 14
1.2.2 Thermochemische Kreisprozesse 46
1.2.3 Offene thermochemische Methoden zur Wasserstofferzeugung 50
1.2.4 Dampfreformierung 51
1.2.5 Kværner-Verfahren 58
1.2.6 Ammoniak-Synthese 58
1.3 Wasserstoffspeicherung in Feststoffen 61
1.3.1 Physisorption in porösen Materialien 61
1.3.2 Wasserstoffspeicherung in Metallhydriden 77
1.4 Verflüssigung von Wasserstoff 88
1.4.1 Ortho-Para-Umwandlung 88
2 Großflächige nachhaltige Energieerzeugung zur Produktion des Energieträgers Wasserstoffs 94
2.1 Solarenergie 94
2.2 Solarthermie 94
2.2.1 Solarturmkraftwerke 95
2.2.2 Solarfarmkraftwerke 97
2.3 Photovoltaik 100
2.3.1 Perspektiven 100
2.3.2 Energieertrag einer Photovoltaikanlage 102
2.3.3 Verschmutzung und Reinigung 103
2.3.4 Erntefaktor 104
2.4 Windenergie 106
2.4.1 Konzeption von Windkraftanlagen 108
2.5 Stromgestehungskosten 111
2.6 Stromtransport 113
2.6.1 Hochspannungsgleichstromkabel 113
2.6.2 Vor- und Nachteile der Hochspannungs-Gleichstromübertragung 115
2.6.3 Supraleitende Kabel 118
2.7 Wasserstofferzeugung durch Hochtemperaturkernreaktoren 124
3 Wasserstoffspeicher und ihre Anwendung 130
3.1 Überblick 130
3.1.1 Energieversorgung mit Wasserstoff 132
3.1.2 Wie sicher ist die Nutzung von Wasserstoff? 133
3.2 Speichertechnologien für Wasserstoff 136
3.2.1 Gasförmige Wasserstoffspeicherung (GH2) 139
3.2.2 Flüssige Wasserstoffspeicherung (LH2) 141
3.2.3 Wasserstoffspeicherung in Metallhydriden und Metal-Organic Frameworks (MOFs) 142
3.2.4 Wasserstoffspeicherung mittels Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC) 143
3.2.5 Chemisch gebundener Wasserstoff 143
3.2.6 Glasspeicher 145
3.2.7 Nanotubes 145
3.3 Einsatz von Wasserstoffspeichern 146
3.3.1 Wasserstoffspeicher für gasförmigen Wasserstoff 147
3.3.2 Wasserstoffspeicher für flüssigen Wasserstoff 153
3.3.3 Wasserstoffspeicher auf Basis von flüssigen Trägerstoffen (LOHC) 153
3.4 Märkte für Wasserstoffspeicher 154
3.5 Die Bedeutun von Wasserstoff im Energiesystem 157
3.5.1 Speichersystem Power-To-Gas 159
3.5.2 Power-To-Gas als Element der elektrischen Energieversorgung 161
3.5.3 Das Verfahren Power-to-Gas als Produkt 165
3.6 Technische Systeme zur Wasserstoffnutzung in einem Energiesystem 168
3.6.1 Systemkomponenten eines wasserstoffbasierten Energiesystems 169
3.6.2 Die Wasserstofferzeugungssysteme 170
3.6.3 Anforderungen an Elektrolyseanlagen 174
3.6.4 Wasserstoffspeicherung 177
3.7 Wasserstoff als Energieträger für kleine Siedlungen 178
3.7.1 Das Szenario als Planungsgrundlage 181
3.7.2 Die Gebietsanalyse 183
3.7.3 Funktionselemente einer Wasserstoffversorgung 184
3.7.4 Dynamische Energiespeicher zur Versorgungsglättung 190
3.7.5 Funktionseinheit Speichersystem POP 191
3.7.6 Funktionseinheit Virtuelle Pipeline 192
3.7.7 Disposition der Energieversorgung 194
3.7.8 Simulation von kleinen Wohnsiedlungen 198
4 Wasserstoffnutzung in Gebäuden 207
4.1 Gebäudeausführung 209
4.1.1 Behaglichkeitskriterium Temperatur und Feuchtigkeit 210
4.2 Solarenergienutzung durch optimale Gebäudegestaltung 211
4.3 Wärmespeichersysteme 212
4.4 Wasserstoffnutzung und -speicherung 212
5 Kritische Betrachtung der Erzeugung, Speicherung, Verteilung und Nutzung des Energieträgers Wasserstoff 215