Indirekte Speicherung elektrischer Energie mit Hilfe von Wasserstoff

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der indirekten Speicherung elektrischer Energie mit Hilfe von Wasserstoff. Der Wasserstoff wird dabei mittels Elektrolyse aus Wasser gewonnen. Dazu soll der von fluktuierend einspeisenden, regenerativen Energien (vor allem Wind- und Sonnenenergie) erzeugte Überschussstrom verwendet werden. Zunächst wird der theoretische Energiebedarf der Elektrolyse berechnet und anschließend die alkalische Elektrolyse sowie die PEM- und Hochtemperaturelektrolyse vorgestellt. Der elektrolytisch hergestellte Wasserstoff kann dann in Druckgasspeichern, Flüssigwasserstoffspeichern oder chemischen Speichern gelagert werden. Anschließend soll der Wasserstoff in Brennstoffzellen oder Kraftwerken (z.B. Gas- und Dampfturbinenkraftwerk) rückverstromt werden. Neben der technischen wird auch die wirtschaftliche Seite betrachtet.



Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der indirekten Speicherung elektrischer Energie mit Hilfe von Wasserstoff. Der Wasserstoff wird dabei mittels Elektrolyse aus Wasser gewonnen. Dazu soll der von fluktuierend einspeisenden, regenerativen Energien (vor allem Wind- und Sonnenenergie) erzeugte Überschussstrom verwendet werden. Zunächst wird ...



1 Problematik der Fluktuation stromerzeugender, regenerativer Energien 1

2 Indirekte Speicherung elektrischer Energie mit Hilfe von Wasserstoff 6

2.1 Wasserstoff als Energieträger 6

2.2 Elektrolyse von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff 7

2.2.1 Grundlagen der Elektrolyse 7

2.2.2 Berechnung des theoretischen Strombedarfs und des Wirkungsgrades der Elektrolyse 9

2.2.3 Elektrolysearten 11

2.2.3.1 Alkalische Elektrolyse 11

2.2.3.2 PEM-Wasserelektrolyse 13

2.2.3.3 Hochtemperaturelektrolyse 15

2.3 Speicherung des Wasserstoffes 17

2.3.1 Druckgasspeicherung 18

2.3.2 Flüssigwasserstoffspeicher 19

2.3.3 Chemische Speicher 20

2.3.3.1 Metallhydridspeicher 20

2.3.3.2 Adsorptionsspeicher 21

2.3.3.3 Organische Speicher 22

3 Rückgewinnung elektrischer und thermischer Energie aus Wasserstoff 24

3.1 Elektrochemische Energiewandlung in der Brennstoffzelle 24

3.2 Alternativen zur Nutzung des Wasserstoffs in Brennstoffzellen 29

3.3 Pilotprojekt eines Wasserstoff-Hybridkraftwerks 30

4 Wirtschaftlichkeit der Wasserstoffwirtschaft 32

5 Fazit 38

Literaturverzeichnis 41