Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6556

Zusammenfassung

Diese Abhandlung soll dazu beitragen den chemischen und verfahrenstechnischen Forschungs- und Entwicklungsbedarf für die zukünftige Energieversorgung, die neben verbesserter Energieeffizienz zunehmend auf erneuerbare Energien bauen wird, deutlicher zu erkennen und die in dieser Hinsicht bestehenden Lücken aufzuzeigen. Zur Einführung in das komplexe Thema wird eine zusammengefaßte Einschätzung der zuständigen internationalen Gremien über die Entwicklung des Energiebedarfes und dessen Deckung im laufenden Jahrhundert vorangestellt. Daraus kann für die Biomasse eine bedeutende Rolle abgeleitet werden. Die Nutzung der in der Biomasse gespeicherten Sonnenenergie zur Wasserspaltung könnte eine nicht unwesentliche Rolle beim Ersatz von Öl und Erdgas spielen. Daneben wird die Kohle im laufenden Jahrhundert wahrscheinlich noch einen großen Beitrag leisten müssen. Bei der Kohlenutzung, ob für die Elektrizitätserzeugung oder Kraftstoffherstellung, steht die Effizienzverbesserung der Umwandlungsverfahren und die Senkung der Emissionen und Immissionen im Vordergrund. Dieses Ziel ist nach heutigem Wissensstand am besten über Vergasung zu erreichen; für die Elektrizitätserzeugung in Verbindung mit GuD oder den heute noch teuren Brennstoffzellen.

Die Verfahrensprinzipien der Vergasung sind für die verschiedenen kohlenstoffhaltigen Edukte von der Biomasse bis zum Anthrazit die gleichen, die Unterschiede in der Reaktivität und bei den Begleitstoffen erfordern allerdings ein besseres Verständnis der chemisch physikalischen Vorgänge und verfahrenstechnische Fortschritte, um bei hohem Gaswirkungsgrad die restriktiven Reinheitsspezifikationen der Speisegase für Gasturbinen oder Brennstoffzellen sicher zu stellen. Der Stand der Technik für die Wasserstoffherstellung wird ausführlich dargestellt und diskutiert, auch im Hinblick auf die Nutzung erneuerbarer Energien.

Die Verfahrensentwicklungen zur Vergasung von Biomasse sind im Vergleich mit der heute noch teuren Elektrolyse bei Nutzung von erneuerbarer Elektrizität (PV, Wind) überraschender Weise am wenigsten fortgeschritten. Nach Beschreibung von F & E Vorhaben, die auf dem Prinzip der traditionellen Vergasung aufbauen, wird ein neuer Verfahrensvorschlag zur Wasserspaltung unter hydrothermalen Bedingungen vorgestellt. Abschließend wird der Forschungs- und Entwicklungsbedarf diskutiert.

Hydrogen production by water splitting with biomass and coal

Abstract

This study shall contribute to recognise the chemical and engineering research and development need for the future energy supply which besides the improvement of the energy efficiency will increasingly use renewable energies. As an introduction to the complex topic a summarised opinion of competent international experts about the development of energy requirements and its supply in the current century is put in front. An important role can be derived from this for the biomass. The use of the solar power accumulated in the biomass for water splitting to produce the low-emission fuel hydrogen could play a significant role to substitute oil and natural gas. Besides this, the coal which has today the largest foreseeable reserves of the fossil fuels probably will have to make an important contribution. Dominant for the use of coal is the efficiency improvement of the transformation processes and the reduction of the emissions / immissions, as well for electricity production as for synthetic fuel production.This aim should most likely be achieved by gasification and for the electricity production in connection with gas turbines (combined cycle) or also hydrogen fuel cells.

The principles of the gasification for the different carbonaceous educts - from biomass up to anthracite - are the same. The differences in reactivity and in accompanying substances require both a better understanding of the chemical - physical fundamentals and technological progress, to guarantee the required high process efficiency and the restrictive purity specifications of gas turbines or fuel cells.

The state of the art for the hydrogen production also with a view to the use of renewable energies is presented and discussed in detail. The process developments for the gasification of biomass are surprisingly little progressed in comparison with the expensive electrolysis using renewable electricity (photo voltaic, wind).

After describing of R & D projects which build up on the principles of traditional gasification a new process concept is presented to the split of water under hydrothermal conditions. In conclusion the research and development need is discussed.