DLR: Wie der Wasserstoff aus dem Sonnenlicht kommen soll

Bild hier   Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt hat eine künstliche Sonne gebaut und will damit auch effizientere Wege zur Erzeugung von Wasserstoff suchen. Obwohl die Forschung schon ein halbes Jahrhundert läuft, funktioniert noch kein Prozess so gut wie erhofft. Von Frank Wunderlich-Pfeiffer (Solarenergie, Internet) Bild hier  

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News Quelle: Golem
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Aber kann denn die Gewinnung von Wasserstoff aus Wasser wirklich so ineffizient sein? Ich meine man stellt Solarzellen ans mehr und nutzt den Strom um den Wasserstoff direkt aus dem Meer zu holen. Natürlich ist da ein Energieverlust vorhanden aber die Ressource Sonnenlicht ist ja wohl reichlich vorhanden. ICh kann mir nicht vostellen, dass so etwas unrentabel ist...

verstehe ich auch nicht.
Bei der Elektrolyse entsteht H₂ an der Kathode und O₂ an der Anode.
Das O₂ an der einen Elektrode lässt man gleich in die Atmosphäre, und das H₂ an der anderen Elektrode fängt man auf und speichert es (in Tanks, in Metall, wie auch immer, dieser Teil des Problems bleibt ja eigentlich identisch für alle Verfahren) - da muss man nichts mehr trennen, das geschieht schon durch die räumliche Trennung von Anode und Kathode.
Dazu braucht man nur wenige Volt Gleichspannung (aus PV-Zellen) und nur eine "normale" Umgebungstemperatur.
Der tatsächliche, echte Wirkungsgrad würde mich daher hier wirklich auch interessieren (sicher stark begrenzt durch die PV und die Speicher-Prozesse, aber wie hoch genau?).

der verlust ist immens im vergleich zu dem was du an energie am ende raus holst, zur zeit ist es halt defakto günsitger geladene eakkus zu transportiern und zu lagern als den reinen wasserstoff ...

ja, glaub ich gern, aber wie sehen die echten Zahlen aus, das würde mich interessieren.
(auch ggf Rückumwandlung per Brennstoffzelle, wenn man kein H₂ speichern will)

ein kurzer Blick bei Wikipedia ergibt bis zu 80% bei der Herstellung(eher 70%) und 43% bei der Verstromung, wobei Vorhersagen für zukünftige Verfahren wohl bis 55% erwarten.

Verluste beim Transport kann man schlecht in Zahlen fassen, lass dir bitte einfach mal den Fakt auf der Zunge zergehen dass Wasserstoff eines der kleinsten Molkeüle hat und sich deswegen ziemlich bescheiden irgendwo langfrisitg einsperren lässt. Zuzüglich der mangelhaften energiedichte, denn Verflüssigen geht nur durch tiefkühlen und erst dann hat man eine brauchbare Energiedichte.

und Sorry für die Frage, aber wäre es nicht einfacher gewesen das eben mal selber zu googlen?

PS: Der Sinn der alternativen Verfahren ist es doch eine (kosten-)effektive Produktion in großem Maßstab aufzuziehen. Elektrolyse ist kein sehr schneller Prozess und lässt sich auch nur bedingt skallieren. Schwimende Solarinseln mit eingebauten Elektrolysezellen gabs ja schonmal, sind aber gestorben weil die Ausbeute in keinem Verhältnis zu den Herstellungskosten standen. Inustrieller Wasserstoff wird doch zum größten Teil über chemische Prozesse erzeugt, weils schlicht billiger ist und in großen Mengen und schnell, so hat man auch weniger Lagerverlust.

Moment, ich spreche vom Wirkungsgrad
a) beim Elektrolyseverfahren bis zur Wasserstoff-Gewinnung und -Speicherung (Sauerstoff-Isolierung fällt nicht an)
und
b) bei dem hier im TOP angesprochenen thermischen Verfahren, ebenfalls bis zur Wasserstoff-Gewinnung und -Speicherung, eingerechnet alles was zum Sauerstoff-Abtrennen und Recyclen nötig ist.

Der Punkt
c) Investitions- und laufende Betriebskosten und Entsorgungskosten über die Gesamtlaufzeit
wäre dabei ntl ebenfalls noch interessant.

Oder, anders ausgedrückt:

was kostet 1 kWh Strom nach dem einen oder anderen Verfahren über die Gesamtlaufzeit der Anlage?
(mit höchst-kritischen GAUs und Super-GAUs ist hier ja in beiden Fällen wohl eher nicht zu rechnen)



PS,
mit einem Wirkungsgrad von auch nur 20 oder 30% könnte man sicher leben, wenn die Gesamt-Investitions- und Betriebskosten entsprechend super-gering sind, d.h. einfache Technik, leicht zu warten, keine teuren Risiken und Entsorgungs- oder Unfallkosten.

Ach nu schau mal guck, der Artikel hat 2 Seiten XD Das mag ich an Golem nicht, man übersieht gern mal den Seitenzähler

Am Ende der 2ten Seite steht es, es geht darum den Wasserstoff klassisch (Schwefel + Wasser + Elektrolyse -> Schwefelsäure + Wasserstoff +++ Wasserstoff wird Gasförmig abgeführt und der Sauerstoff bleibt in der Schwefelsäure gebunden) herzustellen aber die Rückgewinnung der Eingangsprodukte dann in dem Solarboiler durchzuführen um die gewonnen Energie nicht gleich wieder investieren zu müssen!

ja, der Teil mit Sauerstoff und Schwefelsäure war mir schon bekannt, deshalb erwähnte ich ja den Aufwand zum Sauerstoff-Recyclen.

Egal wie aufwändig (ZnO, Schwefelsäure) oder giftig (Cd) es nun ist, was man dazu als Vehikel braucht und was auch immer hinterher wieder regeneriert und entsorgt werden muss (auch Schwefelsäure kann ja nicht einfach ins Meerwasser oder in den Abwassergulli verklappt werden) - alles das verschlechtert den Gesamt-Wirkungsgrad und erhöht die Betriebskosten.
Klar, dass du die Zahlen auch nicht kennst, und auch aus Wikipedia wirst du sie nicht herzaubern können, auch wenn du behauptet hast, das könnte man da googlen -

aber wie die Antwort nun in echten Zahlen im Vergleich lautet, würde mich schon interessieren...!

Zitat:

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Moment, ich spreche vom Wirkungsgrad
a) beim Elektrolyseverfahren bis zur Wasserstoff-Gewinnung und -Speicherung (Sauerstoff-Isolierung fällt nicht an)
und
b) bei dem hier im TOP angesprochenen thermischen Verfahren, ebenfalls bis zur Wasserstoff-Gewinnung und -Speicherung, eingerechnet alles was zum Sauerstoff-Abtrennen und Recyclen nötig ist.

Der Punkt
c) Investitions- und laufende Betriebskosten und Entsorgungskosten über die Gesamtlaufzeit
wäre dabei ntl ebenfalls noch interessant.

Oder, anders ausgedrückt:

was kostet 1 kWh Strom nach dem einen oder anderen Verfahren über die Gesamtlaufzeit der Anlage?
(mit höchst-kritischen GAUs und Super-GAUs ist hier ja in beiden Fällen wohl eher nicht zu rechnen)

PS,
mit einem Wirkungsgrad von auch nur 20 oder 30% könnte man sicher leben, wenn die Gesamt-Investitions- und Betriebskosten entsprechend super-gering sind, d.h. einfache Technik, leicht zu warten, keine teuren Risiken und Entsorgungs- oder Unfallkosten.

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Unterlasse Er die Unterstellung dass ich Zahlen erfinde oder herbeizaubere, merkst du es noch?

Du denkst schon wieder in zu engen Grenzen, es geht um Wirtschaftlichkeit und nicht (den blanken)Wirkungsgrad im Kontext des Artikels!

Gerade nochmal nahcgerechnet, die 80% sind bereits der Effektive Wirksungsgrad bei Wasserelektrolyse im Bezug auf die Energiedichte.
Bei der Verstromung verliert man davon nochmal die Hälfte.

edit, über Kreuz gepostet nach deiner Nachbearbeitung)

Zitat:

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Zitat von Ceos

Unterlasse Er die Unterstellung dass ich Zahlen erfinde oder herbeizaubere, merkst du es noch?

Du denkst schon wieder in zu engen Grenzen, es geht um Wirtschaftlichkeit und nicht (den blanken)Wirkungsgrad im Kontext des Artikels!

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mein Post

Zitat:

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verstehe ich auch nicht.
Bei der Elektrolyse entsteht H2 an der Kathode und O2 an der Anode.
Das O2 an der einen Elektrode lässt man gleich in die Atmosphäre, und das H2 an der anderen Elektrode fängt man auf und speichert es (in Tanks, in Metall, wie auch immer, dieser Teil des Problems bleibt ja eigentlich identisch für alle Verfahren) - da muss man nichts mehr trennen, das geschieht schon durch die räumliche Trennung von Anode und Kathode.
Dazu braucht man nur wenige Volt Gleichspannung (aus PV-Zellen) und nur eine "normale" Umgebungstemperatur.
Der tatsächliche, echte Wirkungsgrad würde mich daher hier wirklich auch interessieren (sicher stark begrenzt durch die PV und die Speicher-Prozesse, aber wie hoch genau?).

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bezog sich auf S3r3nitys Post

Zitat:

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Zitat von S3r3nity

Aber kann denn die Gewinnung von Wasserstoff aus Wasser wirklich so ineffizient sein? Ich meine man stellt Solarzellen ans mehr und nutzt den Strom um den Wasserstoff direkt aus dem Meer zu holen. Natürlich ist da ein Energieverlust vorhanden aber die Ressource Sonnenlicht ist ja wohl reichlich vorhanden. ICh kann mir nicht vostellen, dass so etwas unrentabel ist...

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und was bitteschön ist ist meine Frage nach Wirkungsgrad und kWh-Preis anderes als die Frage nach Wirtschaftlichkeit?

Und wo hast du jemals zu den Verfahren (Elektrolyse vs. thermisches Verfahren) JEMALS Zahlen mit exakten Bezugsgrößen und korrekten Quellenangaben zitiert, wenngleich auch nicht erfunden?
Ich glaube noch nicht mal, dass irgendwer die Vergleichswerte hätte, aber ich sagte ja nur, sie würden mich interessieren!
Selbst bei deinen eigenen Zahlen (80, 70, 43, 55%) steht ja nun weder eine Quellen-Referenz noch irgendwas über den Vorteil von thermisch vs. elektrolytisch.

Transport und/oder Verstromung ist in beiden Fällen ja das Gleiche.

bei Serenitys Idee kommt ja für den Gesamtwirkungsgrad noch die PV Anlage dazu, und bei der thermischen Sache die Heiztechnik mit Lichtbogenlampen, zusätzlich immer die Investitionskosten etc. für den kWh-Erzeugerpreis.

https://de.wikipedia.org/wiki/Wasserelektrolyse

Da hast du genug Zahlen, ich bin auf rund 16MJ/m³ Wasserstoff (Raumdruck) gekommen und bei einer Energiedichte von etwas weniger als 11MJ/m³ sind das meiner Rechung nach ca. 70%
Den Wirkungsgrad beim Verstromen musste ich mir aus anderen Wikis zusammensuchen und habe den Wert genommen der Am häufigsten genannt wird und Plausibel klang. (Die Links habe ich leider im Suchverlauf gaanz unten vergraben unter dem andren Kram den ich mir sonst so angesehen habe und werde mir nicht die Mühe machen sie für dich extra wieder herauszusuchen, wenn du hingehen kannst und selber den Wert gegenprüfen könntest)

Wirtschaftlichkeit != Wirkungsgrad .... das wäre absolut realitätsfremdes Denken

Für die Wirtschaftlichkeit zählen Faktoren hinzu wie Skallierbarkeit (du willst schließlich in großen Mengen Produzieren), Geschwindigkeit (Je schneller man Produziert um so effektiver kann man auf Bedarf reagieren, Stichwort "Just in time" ... denn beim Lagern entsteht Verlust) und wie du schon genannt hast natürlich Investition/Amortisierung (schreibt man das so?) Wenn ich erst 10mio investieren muss und dann nur 1000m³/h rausbekomme, muss ich mit der Anlage ein Leben lang produzieren bis ich die Gewinnzone erreiche. (PS genannte Zahlen sind Fantasiewerte und dienen nur der Überspitzung der Darstellung)

Wenn du dich innerhalb eines postings auf 2 unterschiedliche Personen beziehst, beginne die jeweiligen Sätze doch bitte mit einem Hinweis wem sie gelten. Beispiel: @Person A: Quellen Bitte @Person B: Interessant wäre in dem Zusammenhang der tatsächliche Wirkungsgrad

Wie soll ich dich sonst richtig verstehen?

Zitat:

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Zitat von Ceos

https://de.wikipedia.org/wiki/Wasserelektrolyse

Da hast du genug Zahlen, ich bin auf rund 16MJ/m³ Wasserstoff (Raumdruck) gekommen und bei einer Energiedichte von etwas weniger als 11MJ/m³ sind das meiner Rechung nach ca. 70%
Den Wirkungsgrad beim Verstromen musste ich mir aus anderen Wikis zusammensuchen und habe den Wert genommen der Am häufigsten genannt wird und Plausibel klang. (Die Links habe ich leider im Suchverlauf gaanz unten vergraben unter dem andren Kram den ich mir sonst so angesehen habe und werde mir nicht die Mühe machen sie für dich extra wieder herauszusuchen, wenn du hingehen kannst und selber den Wert gegenprüfen könntest)

Wirtschaftlichkeit != Wirkungsgrad .... das wäre absolut realitätsfremdes Denken

Für die Wirtschaftlichkeit zählen Faktoren hinzu wie Skallierbarkeit (du willst schließlich in großen Mengen Produzieren), Geschwindigkeit (Je schneller man Produziert um so effektiver kann man auf Bedarf reagieren, Stichwort "Just in time" ... denn beim Lagern entsteht Verlust) und wie du schon genannt hast natürlich Investition/Amortisierung (schreibt man das so?) Wenn ich erst 10mio investieren muss und dann nur 1000m³/h rausbekomme, muss ich mit der Anlage ein Leben lang produzieren bis ich die Gewinnzone erreiche. (PS genannte Zahlen sind Fantasiewerte und dienen nur der Überspitzung der Darstellung)

Wenn du dich innerhalb eines postings auf 2 unterschiedliche Personen beziehst, beginne die jeweiligen Sätze doch bitte mit einem Hinweis wem sie gelten. Beispiel: @Person A: Quellen Bitte @Person B: Interessant wäre in dem Zusammenhang der tatsächliche Wirkungsgrad

Wie soll ich dich sonst richtig verstehen?

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Wie oft noch: Es geht um einen Vergleich der beiden Konzepte, nicht um eine Einzelbetrachtung der Elektrolyse.

Nach deinem Wiki-Link gilt :

Zitat:

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Der energetische Wirkungsgrad der Elektrolyse von Wasser liegt bei über 70 %

---

,
das wäre der einfache Teil.
Dann kommt noch der WG der PV-Anlage davor, das sind ca. 20%.
Macht zusammen gerechnet 14% Wirkungsgrad, bis man den Wasserstoff hat.
Jetzt kommen die Kosten und der Wirkungsgrad dazu, die bei der Rück-Verstromung von Wasserstoff zu Buche schlagen,
aber das gilt in gleicher Größenordnung für das Konkurrenzsystem.

Nun ist zum Einen zur PV+E'lyse die Frage:
wie hoch sind die Erzeugerkosten pro kWh Strom einer PV-Anlage in Verbindung mit einer Elektrolyse-Anlage
plus Rückverstromung des Wasserstoffs,
wobei die Investitionskosten, die Dauerkosten und die Entsorgungskosten zu berücksichtigen sind.


Serenetys Frage war ja nun quasi zum Anderen, warum dieses nicht dem Vergleich mit dem "neuen" thermischen Verfahren Stand hält, und bevor man dazu etwas sagen kann, muss man mehr über das neue Verfahren wissen, das war das was ich meinte, als ich schrieb, "das würde mich auch interessieren".

Also, wie hoch wäre der Gesamtwirkungsgrad bei dem neuen thermischen Verfahren?
wie hoch sind die Erzeugerkosten pro kWh Strom einer splchen thermischen Anlage mit Lichtbogenlampen in Verbindung mit einer chemischen Sauerstoffabtrennung und Recycling/Entsorgung
plus Rückverstromung des Wasserstoffs (gleicher Wert wie oben),
wobei die Investitionskosten, die Dauerkosten und die Entsorgungskosten zu berücksichtigen sind?

Und das fände ich immer noch interessant zu wissen, nur sehe ich noch immer keine Zahlen zum thermischen Gesamt-System, und ich glaube auch nicht,
- dass du die hast,
- dass die bei Wiki stehen,
- oder sogar dass - oder ob - die momentan überhaupt jemand weiß,
schließlich ist das neue System ja erst im Versuchsstadium.

Du missverstehst hier gerade den Sinn der Lichtbogenlampen, ließ nochmal den Artikel bitte bis zum letzten Satz. Es geht darum die Sonne zu simulieren, das neue System soll nicht mit Lichtbogenlampen arbeiten sondern mit einem Solarkonzentrator!

Zitat:

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Das Problem bei der Herstellung von Wasserstoff mit Sonnenstrahlung war nie, die eine Reaktion zu finden [...] Zur Entwicklung und Optimierung der besten Kandidaten ist viel Forschungsarbeit nötig. Eine Sonne, die nach Belieben ein und ausgeschaltet werden kann, wäre den Forschern dabei eine große Hilfe - und genau das haben sie nun mit Synlight.

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Die Effiziens der PV Anlage hast du korrekterweise mit 20% angegeben, bei Solarkonzentratoren (die die Vögel in der Luft entflammen lassen können, traurig aber wahr) liegt die Effiziens weit höher. Da der Artikel sich aber damit befasst dass man zuerst einmal das Werkzeug gebaut hat um daran zu forschen gehe ich mal stark davon aus, dass es zur irgendwelchen Wirkungsgraden zumindest jetzt noch keine Werte gibt :)

Also lassen wir uns überraschen.

Zitat:

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Zitat von Ceos

Du missverstehst hier gerade den Sinn der Lichtbogenlampen, ließ nochmal den Artikel bitte bis zum letzten Satz. Es geht darum die Sonne zu simulieren, das neue System soll nicht mit Lichtbogenlampen arbeiten sondern mit einem Solarkonzentrator!



Die Effiziens der PV Anlage hast du korrekterweise mit 20% angegeben, bei Solarkonzentratoren (die die Vögel in der Luft entflammen lassen können, traurig aber wahr) liegt die Effiziens weit höher. Da der Artikel sich aber damit befasst dass man zuerst einmal das Werkzeug gebaut hat um daran zu forschen gehe ich mal stark davon aus, dass es zur irgendwelchen Wirkungsgraden zumindest jetzt noch keine Werte gibt :)

Also lassen wir uns überraschen.

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ja, klar, lassen wir uns überraschen.
Tatsächlich habe ich den Artikel so verstanden, dass in dem Projekt Lichtbogenlampen verwendet werden sollen, und dazu sogar ein extra Gebäude errichtet wurde:

Zitat:

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Synlight ist eine neue Forschungsanlage des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), in der unter anderem nach solchen Wegen gesucht werden soll. 149 Lichtbogenlampen mit jeweils 7 Kilowatt Leistung können jederzeit Sonnenlicht in einer Stärke simulieren, die sonst nur in Sonnentürmen mit Hilfe von großen Spiegelanlagen und der echten Sonne erreicht werden.

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https://www.golem.de/news/dlr-wie-de...03-126925.html
Original-Website:
http://www.dlr.de/sf/desktopdefault....330_read-44887

Was bleibt, ist ntl der ganze Rattenschwanz an O₂-Abtrennung, und egal wie die Licht- oder Hitzequelle dann tatsächlich später industriell erfolgt: es bleibt spannend, wie sie die Oxide loswerden und recyceln, und was die Stromerzeugung dann wirklich im Vergleich zu PV + E'lyse kostet.

Zitat:

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Was bleibt, ist ntl der ganze Rattenschwanz an O₂-Abtrennung, und egal wie die Licht- oder Hitzequelle dann tatsächlich später industriell erfolgt: es bleibt spannend, wie sie die Oxide loswerden und recyceln, und was die Stromerzeugung dann wirklich im Vergleich zu PV + E'lyse kostet.

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soweit ich das (nach wiederholtem wikipedia studium) verstanden habe geht es ja darum über das Thermochemische Verfahren mit "nur" 900°C Temperatur und Schwefeldioxid, Wasser und Iod als Ergebnis Schwefelsäure und Iodwasserstoff zu erhalten.

Dann will man wieder mittels Solarthermie die Schwefelsäure in Schwefeldioxid und Sauerstoff spalten (bei 800°C) und so das Schwefeldioxid recyclen ... aber bei 800°C 2 Gase voneeinander trennen bevor sie sich wieder verbinden wird wohl der Knackpunkt der Forschung sein.

Die Spaltung des Iodwasserstoff geht auch thermisch und gibt Iod und Wasserstoff. Praktischerweise passiert die Spaltung des Iodwasserstoff schon bei 300°C und dann kann man auch wieder Membranfilter einsetzen. Wikipedia sagt auch hier dass die eigentliche industrielle Iodwasserstoff Produktion bei 500°C passiert, bedeutet das, dass die Produkte bei nur 300°C nach der Spaltung garnicht mehr miteinander reagieren können? Sann braucht man noch nicht mal Filter sondern nutzt einfach die Sublimation von Iod aus.

Zum Punkt Skallierbarkeit würde ich dem Vorhaben auf jeden Fall Wirtschaftlichkeit zutrauen. Zum Punkt "Just In Time" wird es aber Abzüge in der B-Note geben, denn die Sonne muss mitspielen XD oder man speichert die Wärme mit einer Salzschmelze.

*Stolper* http://www.patent-de.com/20070913/DE102006010289A1.html *Stirnrunzel* das ist doch genau das worüber der Artikel redet oder ?

Zitat:

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Zitat von Ceos

*Stolper* http://www.patent-de.com/20070913/DE102006010289A1.html *Stirnrunzel* das ist doch genau das worüber der Artikel redet oder ?

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ja, das ist ein Teilaspekt.
Ich will hier gar nicht viel herumspekulieren, aber mit einem der Produkte, dem SO₂, hat man noch nicht viel erreicht:
zusammen mit Wasser (auch Wasserdampf in der Atmosphäre) ergäbe das sofort wieder Schweflige Säure (SO₂+H₂O = H₂SO₃), und damit ist es das gleiche wie aus sonstigen Verbrennungen mit Schwefel-Beimengungen (Kohle, Industrieabgase):
für sich alleine genommen ergibt das in der Atmosphäre schon gleich wieder Sauren Regen, und mit Luftsauerstoff (und/oder auch mit Ozon) wird die Schweflige Säure rappzapp wieder in Schwefelsäure H₂SO₄ hochoxidiert.
Was man dann also mit dem SO₂ nach der thermischen Reduktion anfängt, wäre die Anschlussfrage. Mit gebranntem Kalk (CaO - der fällt aber auch nicht vom Himmel... :-/ ) und Schwefelsäure bekäme man Gips (CaSO₄), das kann man in Bergwerke pumpen ( oder an Kindergärten verkaufen ;) ) , wozu dann aber die Schwefelsäure erst thermisch reduzieren (?), und ob das die Sache wirtschaftlicher macht, ist schon spannend 8)
Wie gesagt, ich lass mich da mal überraschen...

nein nein, das SO2 wird wieder verwendet, es geht ja darum aus dem H2SO4 wieder SO2 und O2 freizusetzen und zu trennen, wo dabei allerdings das H2 hin verschwindet erschließt sich mir nicht, denn bei 800°C wird man auch das nciht sauber abscheiden können

es eght ja darum mittels H2O + SO2 + I @900°C -> H2SO4 und HI zu gewinnen und aus HI @300°C-> H2 und I abzuscheiden
hauptproblem ist die anfallende H2SO4 die bei 800°C gespalten werden kann (siehe den Link wenn ich das richtig verstnanden habe)

man möchte das SO2 ja wiederverwenden und nicht "umweltfreundlich" entsorgen

achso, jetzt verstehe ich - ich dachte, die setzen Schwefel ein.
Ja, stimmt, wenn SO₂ wieder für das Binden von O₂ bei der Spaltung von H₂O zu 2 H₂ + O₂ verwendet wird, macht das Sinn.
Kapiert.