LOHC Technologie - Eine Übersicht

Als Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC), also flüssiges Trägermedium für Wasserstoff, kommt das sogenannte Marlotherm zum Einsatz. Dieses ölartige Liquid wird in verschiedensten Anwendungen und Industrien bereits seit Jahren als Wärmeträgeröl eingesetzt. Vor einiger Zeit wurde seine Fähigkeit zur chemischen Bindung von Wasserstoff entdeckt. Durch das chemische Binden des Wasserstoffs lässt sich dieser entgegen der bisher gängigen Praxis auch unter Normalbedingungen lagern.

Dies macht die Handhabung von Wasserstoff nicht nur sicherer, sondern auch kostengünstiger. Denn durch LOHC muss das flüchtige Wasserstoffgas nicht mehr aufwändig und energieintensiv gekühlt oder komprimiert werden, um einen wirtschaftlichen Transport zu ermöglichen.

Ein m³ LOHC ermöglicht das sichere Speichern von 57 kg H₂.

Was kann LOHC?

Mit LOHC haben wir die Möglichkeit zeitliche Schwankungen und auch örtliche Diskrepanzen zwischen der Erzeugung und dem Bedarf von Energie auszugleichen. Wasserstoff wird somit einfach transportierbar. Beispielsweise aus Norddeutschland, wo Wasserstoff mittels Windenergie hergestellt werden kann, in den Süden, wo der Wasserstoff in Raffinerien zur Senkung der CO₂-Emissionen beitragen kann.

Auch der Einsatz an Tankstellen oder in Schiffsantrieben ist genauso denkbar, wie die Verwendung in der Glas- und Zementindustrie. Alle Bereiche in denen Wasserstoff einsetzbar ist, können und werden auch von LOHC als Wasserstoffspeicher profitieren.

Wie funktioniert LOHC?

Mit Drücken zwischen 30 – 50 bar und speziell für diesen anwendungsfall entwickelten Katalysatoren lässt sich das LOHC hydrieren, also Wasserstoff chemisch anbinden. Das dadurch entstehende hydrierte LOHC+ ist anschließend mittels der bekannten Infrastruktur für Kraftstoffe wie Benzin und Diesel handhabbar. Die Hydrierprozess ist exotherm. Die Nutzung der hierbei entwickelten Abwärme in anderweitigen Prozessen ist möglich und erhöht somit die Gesamtanlageneffizienz.

Wird der Wasserstoff wieder benötigt, beispielsweise in chemischen Prozessanlagen, der Stahlindustrie oder zur Versorgung von Brennstoffzellen, um elektrische Energie zu nutzen, kann dieser aus dem LOHC+ wieder herausgelöst werden.

Um das LOHC+ zu dehydrieren, also den Wasserstoff wieder aus dem Liquid zu lösen, durchläuft das LOHC+ einen Dehydrierreaktor, welcher den für diesen Prozess benötigen Katalysator enthält. Die Dehydrierung ist im Gegensatz zur Hydrierung eine endotherme Reaktion. Die nötige Energie muss daher hinzugefügt werden und kann beispielsweise systemintern durch die Nutzung des Wasserstoffs selbst zur Verfügung oder von anderen, externen Wärmequellen bereitgestellt werden.

Das dehydrierte LOHC- kann nun wieder zum Ort der Hydrierung zurückgeführt und erneut mit Wasserstoff beladen werden. Der Kreislauf ist geschlossen. Das LOHC selbst wird nicht verbraucht, sondern vielfach wiederverwendet. Die Lebenszeit erhöht sich zusätzlich durch die Möglichkeit der Aufreinigung, sobald dies nach diversen (De-)Hydrierzyklen nötig wird.

Was macht LOHC aus?

LOHC ist ein hitzebeständiges Öl mit einem Fassungsvolumen von 57 kg Wasserstoff pro 1 m³. Wasserstoff wird in einer chemischen Reaktion an einem Katalysator chemisch an das LOHC gebunden und entbunden.

LOHC für Speicherung und Transport von Wasserstoff

Die Speicherung und der Transport von Wasserstoff ist eine der zentralen Herausforderungen in der neuen globalen Wasserstoffwirtschaft, denn Wasserstoff hat in seiner natürlichen, gasförmigen Form die niedrigste Dichte aller Gase und ist zudem leicht entzündlich, wenn er mit geringsten Mengen Luft vermischt wird. Als alternative wird daher häufig die Verflüssigung von Wasserstoff zur Speicherung gewählt. Diese erfordert jedoch viel Energie, da es sehr niedrige Temperaturen erfordert, da der Siedepunkt von Wasserstoff unter normalem Druck bei –252,8 ° C liegt. Eine weitere Speicher- und Transportmöglichkeit ist die Umwandlung von Wasserstoff in Ammoniak. Für den Transport wird Ammoniakgas gekühlt und verflüssigt. Sobald verflüssigtes Ammoniak aber mit der Umwelt in Kontakt kommt, kehrt es in seinen gasförmigen Zustand zurück. Flüssiges Ammoniak expandiert in einem Verhältnis von 850:1. Dies bedeutet, dass sich eine relativ geringe Freisetzung von flüssigem Ammoniak leicht in eine massive Wolke aus Ammoniakgas verwandeln und so zu katastrophalen Explosionen führen kann. Außerdem ist Ammoniak brennbar und gilt als unmittelbar lebens- und gesundheitsgefährdend. Alle oben genannten Lager- und Transportmittel erfordern nicht nur eine sehr sorgfältige Handhabung, sondern auch eine speziell konstruierte Lager- und Transportinfrastruktur.

LOHC als Trägeröl für Wasserstoff hingegen hat viele physikalische und chemische Ähnlichkeiten mit Diesel. Somit kann LOHC in der bestehenden Infrastruktur für flüssige Kraftstoffe wie Öltankern, Zügen oder LKWs transportiert werden, sogar vorhandene Ölpipelines und Lagerstätten können genutzt werden. Aufgrund der guten Energiespeicherdichten, niedrigen Kosten sowie der unproblematischen Toxikologie und Handhabung sind LOHC eine der sichersten und wirtschaftlichsten Möglichkeiten, Wasserstoff zu speichern und zu transportieren.

Hydrieren des LOHC

Die Energiespeicherlösungen von H₂-Industries  arbeiten mit der Beladung (Hydrierung) und Entladung (Dehydrierung) des LOHC, wobei Be- und Entladung zwei unabhängige Prozesse sind. Von besonderer Bedeutung ist dabei die besondere Katalysatortechnik, die gemeinsam mit einer der führenden Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet – dem Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT) – entwickelt wurde.
Der chemische Prozess zum Speichern von Wasserstoff im LOHC wird unter Druck durchgeführt. So kann ein Elektrolyseur den Wasserstoff direkt liefern, eine zusätzliche energieintensive Kompression ist unnötig. Die chemische Reaktion, mit der der Wasserstoff im LOHC gebunden wird, findet in einer Hydriereinheit mit einer Schüttung aus porösen Edelmetallkatalysatoren und dosiertem LOHC statt. Bei dieser exothermen Reaktion wird Wärme freigesetzt, die in nachgeschalteten Prozessen weiter verwertet wird. Das mit Wasserstoff beladene LOHC+ (Perhydro-Dibenzyltoluol) wird schließlich in den Lagertank gepumpt.

LOHC-Freisetzung

Die Rückgewinnung des Wasserstoffs aus dem beladenen LOHC+ findet bei einer Temperatur von 250 bis 300 Grad Celsius statt. Für diese endotherme Reaktion wird Wärme benötigt, die innerhalb des Reaktionsprozesses bereitgestellt wird. Der Freisetzungsprozess findet in einer Dehydrierungseinheit mit einem Katalysator statt. Hier wird die chemische Bindung zwischen Energieträger und Wasserstoff wieder gelöst. Der Wasserstoff wird gasförmig dem Reaktor entnommen und direkt in einer Brennstoffzelle in Strom umgewandelt. Das entladene LOHC- (Dibenzyltoluol) wird in einem Tank gelagert, bis es wieder benötigt wird. Der LOHC-Kreislauf ist geschlossen.
Ein Liter LOHC speichert in Form von Wasserstoff eine Kilowattstunde elektrischer und eine Kilowattstunde thermischer Energie. Bei der Rückverstromung durch eine Brennstoffzelle wird die elektrische Energie erneut zur Verfügung gestellt. Die Vorteile der LOHC-Technologie von H₂-Industries sind beeindruckend: Sie ist sicher und umweltfreundlich, hat eine unbegrenzte Speicherkapazität, ist zudem wiederaufladbar und über lange Zeiträume stabil. Sie ist kompatibel mit der bestehenden Infrastruktur und konkurrenzlos günstig, der Strom-zu-Strom-Speicherpreis wird bei 3,5 Cent liegen.
In Verbindung mit Wind- oder Solarenergieanlagen macht die LOHC-Technologie von H₂-Industries die Energiewende sicher, denn erneuerbare Energien sind von nun an grundlastfähig.