Wasserstoff als Energiespeicher

Wasserstoff ist ein geeigneter Speicher für Energie. Er kann bei Überdeckung, also wenn ein Überschuss an regenerativen Energien vorliegt erzeugt werden und bei Unterdeckung, also wenn zu wenig regenerative Energie verfügbar ist wieder verstromt werden.

 

Ist Wasserstoff für mich als Privatperson ein geeigneter Energiespeicher?

Mit den ersten kommerziellen Endkundenprodukten verschiedener Hersteller wenden sie Systeme auch für Privatkunden attraktiv wohlgleich die Beschaffungskosten noch über Systemen anderer Technologien liegen. Bei Beschaffungskosten von knapp 70.000,-€ exklusive Installation und eventuell notwendigen Anpassungen sind die Lösungen zunächst noch für Enthusiasten interessant. Ein Beispiel ist das System namens PICEA.


  • Speicher für Wasserstoff sind in ihrer Anschaffung, ihrer Wartung und den notwendigen Sicherheitseinrichtungen aufwendig.
  • Die speicherbare Energie bezogen auf den notwendigen Platzbedarf ist bei privaten Haushalten gering.
  • Wasserstoff ist ein hochentzündliches Gas, ähnlich wie Propan oder Erdgas und somit ist die Frage des Versicherungsschutzes aufgrund von Wasserstoff bzw. den Speichern bei privater Nutzung vorher mit dem Versicherer zu klären.

Wie kann man Wasserstoff erzeugen?

 

Wasserstoff wird meist durch Elektrolyseure erzeugt. Diese spalten Wasser in die atomaren Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff auf. Oftmals produzieren die Elektrolyseure, preislich mit dem Brennstoffzellensystem vergleichbar, wesentlich weniger Wasserstoff als die Brennstoffzelle in der gleichen Zeit verbrauchen würde. Daher der oben genannte Ansatz Überschussenergie zu nutzen und den Wasserstof zu speichern.




Wie kann man Wasserstoff speichern?

  1. Druckgasflaschen,
  2. Metallhydridspeicher

 

Was unterscheidet die Speicher voneinander?

 

  1. Das Druckniveau mit welchem der Energieträger Wasserstoff eingespeichert wird.
  2. Die Art wie der Energieträger Wasserstoff eingespeichert wird.
  3. Die Geschwindigkeit mit dem der Energieträger ein- bzw. ausgelagert werden kann. Dies ist durch die Art des Speichers definiert.

In Druckgasflaschen wird Wasserstoff meist mit einem Druck von 200, 300, bzw. 500 oder 700bar eingelagert. Im Gegensatz hierzu wird in Metallhydridspeichern eher mit geringen Drücken, bis üblicher Weise 50bar, gearbeitet. Diese Unterschiede resultieren aus den verschiedenen Arten der Einlagerung nämlich zum einen der unter Druck und zum anderen der chemnischen Einlagerung.

Bei der chemischen Einlagerung wird die Kapazität nicht durch den Druck bestimmt sondern durch die Aufnahmefähigkeit des bindenden Mediums. Dies ist vergleichbar mit einem Schwamm der Wasser aufnimmt. Damit ergeben sich auch die verschiedenen Geschwindigkeiten mit dem der Energieträger eingelagert bzw. entnommen werden kann. Da diese Metallhydridspeicher teuer sind erfordern diese Speicher Wasserstoff mit hoher Reinheit. Sofern Wasserstoff geringer Reinheit eingelagert wird verblieben die Additive in den Speichern und reduzieren über die Nutzungsdauer die vefügbare Kapazität.

 

Wie kann man Wasserstoff wieder in Strom wandeln?

Um aus Wasserstoff Strom zu erzeugen existieren mehrere Möglichkeiten. Die gängigen sind:

  1. Verbrennung in einem Motor der mit einem Generator gekoppelt ist,
  2. Verbrennen in einer Turbine mit Generator,
  3. Nutzung einer Brennstoffzelle.
    • Wassergekühlte Brennstoffzellen können auch zur Auskopplung der Wärme genutzt werden,
    • Luftgekühlte Brennstoffzellen dienen meist nur der Stromerzeugung.

 

Bekannte Brennstoffzellen sind:

  1. Jupiter (ein 2500W System mit luftgekühltem Stack)
FC42 Fuel Cell operating system
FC42 Prozessmodul zum Betrieb mit einem Stack der Firma Schunk. / FC42 process module for the operation of a Schunk fuel cell stack.

2. FC 42 (ein wassergekühltes System der Fa. Schunk mit einzelnen Brennstoffzellen die je 360W besitzen). Das System aus dem Hause Heliocentris besitzt neben dem Prozessmodul, welches alle notwendigen Komponenten für die Versorgung und den Btrieb umfasst ein Kontrollmodule welches die Steuerung und die Schnittsellen zum PC beinhaltet.

Es handelt sich um ein On-Desk System, welches sehr gut zur Anschauung und Demonstration geeignet ist. Sein Zweck ist aber die Einbringung weiterer Sensoren die zwischen dem Prozessmodul und dem Brennstoffzellenstack in die elektrischen als auch die Medienverbindungen eingebracht werden können und somit der Lehre und Untersuchung von Brennstoffzellen dient.

 

3. PICEA - Brennstoffzellenheizgerät der Berliner HomePowerSolutions. Dieses Produkt kann die Autarkie von Einfamilienhäuser erhöhen bzw. herstellen aber auch als netzgekoppelter Energiespeicher dienen.

 

Sofern Sie sich für dieses System interessieren kontaktieren Sie uns.

Hydrogen for energy storing

Hydrogen is a ideal way to store energy. It shares the advantages of all technical gases what are used in the energy sector. You can carry it, liquify it, burn it or use it in a fuel cell to create electricity and heat. It can be generated if there is excess energy from renewables and it can be converted in electricity if there is a demand of energy.

Is Hydrogen a solution for private use?

Due to the new systems what are actually entering the market hydrogen reaches also the end costumers.The investment will be higher than for similar systems based on other technologies but the advantages of long time storing and the possibility to use the electricity and the heat brings this kind of systems back in the game.

An example is the PICEA system of the Berlin based company  Home Power Solutions. The price of about 70.000,- € and the additional installation costs for the system a still expensive.

  • Hydrogen storages are a big investment also the regular maintenance will create costs. The needed safety equipment has to be checked by professionals only.
  • The capacity of stored energy is not as much compared to the required space.
  • Still hydrogen is in combination with oxygen highly explosive like Propane or LPG. This needs to be clarified with your insurance in advance to avoid further costs.


How to generate hydrogen?

 

The common way to produce hydrogen are elctrolysers. This devices use water and  a crack the element into the oxygen and  a the hydrogen. Usually the oxygen is  a released to the environment. The needed fuel is purified water. From the financial view an eelectrolyzerwhat is capable to drive a fuel cell direct creates about ten times more investment than the fuel cell what converts the hydrogen back into electricity and heat. Therefore it makes sense to keep the electrolyzer smaller than the fuel cell and crate hydrogen if excess energy is given.

 

How can I store the hydrogen? 

  1. under pressure in bottles,
  2. Metal hydrid storages

 

What are the differences between these two storages?

  1. First difference is the pressure level the storages operate.     
  2. The way the hydrogen is stored is completely different.
  3. The flow rates of the storages differ because of the used storing technologies. The rate is defined by the technology of the storage.

In compressed gas bottles the pressure level can have levels of 200, 300, 500 or 700 bar.In Metal-Büros canisters the pressure level is usually mutch lower. The maximum level is up to 50 bar. This difference is caused by the storing technology. The impressed gas bottles use only pressure the metal,,-hydrid canister use a chemical storing of the hydrogen.

It is comparable to the way a sponge sucks water inside. Because of this the flow rate for storing and releasing the hydrogen is much slower. Additionally during the filling the metal-hydrid canister generates heat. Vice versa during the release it takes heat from the environment. To keep the canisters at nearly constant flow rates a thermal management is needed.

Fuel cells usually need a minimum purity like cars for gasoline, metal-hydrid canisters release always hydrogen with a purity of 5.0. on the other hand this means that all additional elemts will stay in the canister and guide to a decreasing capacity over the live time.


How to generate electricity from hydrogen?

There are several ways to generate electricity from given hydrogen. The most popular principles are:

  1. Burn the hydrogen in a motor what is linked to a generatorz
  2. Burn the hydrogen in a turbine what is linked to a generator,
  3. Using a fuel cell.
    • Water-cooled fuel cells allow to use the generated heat in an easy way.
    • Air-cooled fuel cells usually are only used to generate electricity.

 


Popular fuel cells:

  1. Jupiter (a 2500 kW system with an air-cooled stack)
  2. FC 42 (a water-cooled system from the company named Fa. Schunk. The stack consists of modules with 360W eachmit einzelnen Brennstoffzellen die je 360W besitzen). The system of the former cand Berlin based company Heliocentris  consists of a process  module to supply the fuel cell with hydrogen, air and  water and a control module for controlling and as interface to a computer. It's an On-Desk System for demonstration and research . It allows to install further sensors into the connections and is perfectly design for the research in universities and for  show cases.welchesAnschauung und Demonstration geeignet ist.
  3. PICEA - a fuel cell heating system of the Berlin based company HomePowerSolutions. The system is designed to increase the autonomously of private homes. Please feel free to contakt us.


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ESS systems made in GERMANY

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30.07.2018

Qinous nimmt Energiespeicher in Namibia in Betrieb und versorgt die Chobe Water Villas mit Strom aus der Photovoltaikanlage auch wenn keine Sonne scheint. Mehr zu dem System erfahren Sie hier oder hier..

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Neue Fassung der DIN VDE 0100 420 seit 18.12.2017 in Kraft. Sogenannte Brand-schutzschalter (AFDD's) jetzt u.U. zwingend einzusetzen. Siehe VDE Verlag

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