LOHC

Die LOHC (liquid-organic hydrogen carrier, zu Deutsch flüssige organische Wasserstoff Träger) sind wie dem Namen zu entnehmen organische chemische Verbindungen. Organische Verbindungen basieren auf Kohlenstoffketten, die größtenteils mit Wasserstoff angereichert sind. Dem Aufbau einer Vielzahl der Naturstoffe (pflanzliche und tierische Farbstoffe, Zucker, Fette, Proteine, Nukleinsäuren) und letztlich aller bekannten Lebewesen liegen diese Kohlenwasserstoffe zu Grunde. Die Verbindung von Kohlenstoff zu Kohlenstoff können grob in gesättigte, Einzelbindung C-C, und ungesättigte, Doppelbindung C=C sowie Dreifachbindung C≡C, eingeteilt werden. Für die Speicherung von Wasserstoff sind die ungesättigten Bindungen von Interesse. Dies basiert darauf, dass diese eine der Bindung aus der Mehrfachbindung aufgebrochen werden kann, wodurch zwei Angriffspunkte entstehen, an die sich der Wasserstoff anlagern kann. Das Aufbrechen solcher chemischen Bindung kann durch das Zuführen von Energie in Form von Wärme oder Licht, aber auch durch Zuhilfenahme von Katalysatoren oder chemischen Reaktanden geschehen. Die chemische Anlagerung von Wasserstoff wird als Hydrierung bezeichnet. Mit dem heutige Stand der Technik werden Werte der Speicherkapazität um die 4-7 wt-% erreicht werden. Es können so Energiedichten bei den LOHC von ungefähr 1,3-2,4 kWh/kg erzeugt werden (Stadler, 2017). Im Vergleich dazu erreichen herkömmliche fossile Brennstoffe Werte von etwa ~ 8 kWh/l bzw. 11 kWh/kg bei Diesel und 7 kWh/l bzw. 11 kWh/kg bei Benzin. Im Groben kann gesagt werden, dass 1 Liter Diesel genauso viel Energie speichern kann wie 4 Liter LOHC. Im Rückkehrschluss braucht man für die gleiche Menge an Energie weniger Diesel als LOHC. (Energie Campus Nürnberg, 2020)

 

Die Anzahl der vorhandenen Doppelbindungen in einem Molekül ist direkt proportional zur Speicherkapazität von Wasserstoff. Je mehr Doppelbindungen vorhanden sind, umso mehr Wasserstoff kann gespeichert werden. Aus diesem Grund sind Moleküle aus konjugierten Doppelbindungen, dies bedeutet, dass sich Doppel- und Einfachbindungen sich abwechselnd aneinanderreihen, besonders im Fokus der Forschung. Diese weisen die höchstmögliche Anzahl von Doppelbindungen in den Kohlenwasserstoffen auf. Besonders die Gruppe der Aromaten steht hier im Mittelpunkt. (Stadler, 2017) Diese Stoffgruppe besteht aus Kohlenstoffringen, die aus konjugierten Doppelbindungen aufgebaut sind. Die Aromaten weisen sich durch ihre besondere chemische Stabilität aus und sind eine der wichtigsten Stoffklassen der organischen Chemie. Die Entfernung des Wasserstoffes, die Dehydrierung, aus dem Kohlenwasserstoff kann unter kontrollierbaren Umständen stattfinden. Unter einem Druck von einigen Bar und Temperaturen von 150°C bis 350°C kann die Reaktion durchgeführt werden. Das LOHC wird in seinem Grundzustand zurückerhalten. Ein noch nicht vollkommen gelöstes Platz-Problem, ist dass das der dehydrierte LOHC in einem eigenen Tank gespeichert werden muss.

Die verwendeten LOHCs entstehen meist als Nebenprodukt aus der Raffination von Erdöl gewonnen. Da das LOHC bei der Reaktion weder verwendet noch verbraucht wird, stellt dies aber hinsichtlich der CO2-Bilanz kein Problem dar.  Die meisten LOHCs sind eine zähe Flüssigkeit, die ähnliche Fließeigenschaften wie Öle oder Erdöl aufweisen. Dadurch ist der Transport und dessen Wege in vielerlei Hinsicht bereits gegeben. Es können bereits gebaute Pipelines nach einer geringfügigen Modifikation verwendet werden. Auch der Transport mit LKWs, Zügen oder Schiff ist gesichert, da die LOHCs in den gleichen Behältnissen, wie Erdöl transportiert werden können. Verwendete LOHC sind Carbazol, Toluol und Dibenzyltoluol.

 

 

 

Der Wirkungsgrad der LOHC Freisetzung liegt bei etwa 70 %. Das bedeutet, 30 % der in Form von gespeichertem Wasserstoff eingebrachten Energie wird für den Betrieb benötigt, meist zum Beheizen des Freisetzungsreaktors. Die Rückverstromung in einer Brennstoffzelle weist einen Wirkungsgrad von etwa 50 % auf. Damit ergibt sich ein maximaler Wirkungsgrad von 35 % Strom zu Strom. (Energie Campus Nürnberg, 2020)

 

Vorteile

  • Hohe Energiedichte
  • Bereits vorhandene Verteilerstruktur (Erdöl/Erdgas Rohre)
  • Tanksysteme wie bisherige fossile Brennstoffe
  • Leichte Speicherung bei Normalbedingungen
  • Kontrollierte Wasserstoffhandhabung (nur unter speziellen Bedingungen wird Wasserstoff aufgenommen bzw. freigegeben)
  • Wiederverwendbares Trägermaterial (in Hinsicht auf fossile Bestandteile)
  • Günstiger und sicherer Transport im Vergleich zu anderen Wasserstoffspeichermedien

Nachteile

  • Freisetzungsrate von Wasserstoff noch unbekannt
  • großer Platz im Vergleich zu fossilen Brennstoffen nötig (ungefähr doppelt so viel)
  • bei mobilen Verbrennern: weiterer Platz für Trägermaterial benötigt
  • hohe Temperaturen nötig

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