Wärmetauscher entlang der Wertschöpfungskette

Wenn es um Heizen und Kühlen geht, ist eine opti­male Wärmeüber­tra­gung in nahezu jedem indus­triellen Prozess notwendig – so auch in der Wasser­stof­fw­ertschöp­fungs­kette. Die Wasser­stof­fwirtschaft braucht langfristig kosten­ef­fiziente Tech­nolo­gien. Die Plat­ten­wärmetausch­er von Alfa Laval steigern die Energieef­fizienz bei der Elek­trol­yse, sind essen­ziell bei der Meer­wasser­entsalzung und opti­mieren die Wasser­stoff­be­tankung. Damit spie­len die Appa­rate eine entschei­dende Rolle für die Dekar­bon­isierung. Zudem entwick­elt Alfa Laval gemein­sam mit SSAB den weltweit ersten Plat­ten­wärmetausch­er aus fos­sil­freiem Stahl. Vorgestellt wer­den diese Lösun­gen auf der Hydro­gen Tech­nol­o­gy Expo Europe (19. und 20. Okto­ber, Messe Bre­men, Stand 7100). Ein Fachvor­trag sowie eine Pan­eld­iskus­sion mit Beteili­gung von Alfa Laval geben weit­ere wertvolle Ein­blicke. Die weltweit größte Fachver­anstal­tung für die Wasser­stof­fwirtschaft find­et zusam­men mit der Car­bon Cap­ture Tech­nol­o­gy Expo Europe statt.

Wärmerück­gewin­nung aus dem Elektrolyseurprozess

Für eine Wasser­stof­fgewin­nung unter opti­malen Bedin­gun­gen ist eine Küh­lung der Elek­trolyten von hoher Bedeu­tung. Während des Prozess­es wer­den 20 – 40 Prozent der zuge­führten elek­trischen Energie als über­schüs­sige Wärme von ver­gle­ich­sweise niedriger Tem­per­atur freige­set­zt. Diese Wärme wird meist abge­führt und als Energier­es­source nicht weit­er­ver­wen­det. Der Ein­satz von Plat­ten­wärmetausch­ern ermöglicht die Rück­gewin­nung von Wärme, die somit an ein­er anderen Prozessstelle wieder zuge­führt wer­den kann. Alter­na­tiv kann die Energie auch für benach­barte indus­trielle Prozesse genutzt oder in das Fer­n­wärmenetz einge­speist werden.

Bei der Poly­merelek­trolyt­mem­bran-Elek­trol­yse (PEM) kom­men Alfa Laval Edel­stahlplat­ten­wärmetausch­er AlfaNo­va zum Ein­satz, um eine Kon­t­a­m­i­na­tion von Eise­nio­nen über Kor­ro­sion und eine Wasser­stof­fver­sprö­dung des Plat­ten­ma­te­ri­als zu ver­hin­dern. Für kleinere Anla­gen eignen sich kom­pak­te vol­lver­schweißte Wärmetausch­er, während gedichtete Mod­elle für größere Anla­gen bes­timmt sind. Die Alka­lis­che Elek­trol­yse (AEL) erfordert Wärmetausch­er mit Plat­ten aus kor­ro­sions­beständi­gem Mate­r­i­al wie Nick­el, das dem Kali­umhy­drox­id-Wass­er-Gemisch stand­hält. Hier wer­den semi­ver­schweißte Plat­ten­wärmetausch­er von Alfa Laval ver­wen­det, die zum Schutz vor Leck­a­gen auf der Kali­umhy­drox­id-führen­den Seite ver­schweißt sind.

Nutzung von Meer­wass­er für die Elektrolyse

Die Wasser­stoffher­stel­lung erfordert deion­isiertes Wass­er, dessen Qual­ität­san­forderun­gen ver­gle­ich­bar mit Trinkwass­er sind. Zur Scho­nung der Trinkwasser­res­sourcen ist die Ver­wen­dung von auf­bere­it­etem Meer­wass­er eine nach­haltige Lösung. Nach der Fil­terung wird das Wass­er mith­il­fe ein­er Entsalzungsan­lage für den Elek­trol­y­seur­prozess auf­bere­it­et. Bei der Vaku­umver­damp­fung wird die Abwärme des Elek­trol­y­seurs genutzt, um das Wass­er zu dem­iner­al­isieren. Alfa Laval Frischwasser­gen­er­a­toren, wie der neue zweistu­fige Frischwasser­gen­er­a­tor AQUA Blue E2, fungieren hier­bei als Ver­dampfer und Kon­den­satoren, welche die Salz­moleküle von den Wasser­molekülen tren­nen und das entsalzte Wass­er als Kon­den­sat auf­fan­gen. Dieses Wass­er wird anschließend deion­isiert und kann im Elek­trol­y­seur­prozess einge­set­zt wer­den. Das Ver­fahren min­imiert zum einen den Chemikalien- und den Stromver­brauch sowie den Wartungs- und den Platzbe­darf und steigert zum anderen die Effizienz des Prozess­es um bis zu 27 Prozent.

Zur Nutzung von Syn­ergieef­fek­ten lässt sich die Meer­wasser­entsalzung mit der Erzeu­gung erneuer­bar­er Energien in Off­shore-Anla­gen verbinden.

Wasser­stoff­be­tankung von Fahrzeugen

Wasser­stoff muss während der Betankung von Fahrzeu­gen auf eine Tem­per­atur von cir­ca ‑40 Grad Cel­sius herun­tergekühlt wer­den, um eine Über­hitzung des Gas­es zu ver­hin­dern. Dabei sind Wärmetausch­er erforder­lich, die den Drück­en des 350 bar bis 700 bar kom­prim­ierten Wasser­stoffs stand­hal­ten. Ide­al geeignet sind dif­fu­sion­s­geschweißte Wärmetausch­er (PCHE – Print­ed Cir­cuit Heat Exchang­ers), die ihre Robus­theit ein­er speziellen Schweißtech­nolo­gie ver­danken. Wasser­stoff­tankstellen, die solche Wärmetausch­er nutzen, ermöglichen eine Betankung von Fahrzeu­gen direkt nacheinan­der ohne Wartezeit­en (Back-to-back-Betankung). Dank ihrer äußerst kom­pak­ten Bauweise lassen sich die Wärmetausch­er ein­fach und zu gerin­gen Instal­la­tion­skosten in die Zapf­säu­len­vor­rich­tun­gen integrieren.

Alfa Laval HyBloc ist ein kom­pak­ter Vorküh­ler, der die Betankung von Kraft­fahrzeu­gen mit Wasser­stoff beschle­u­nigt. Der Plat­ten­wärmetausch­er ist kom­pakt, mod­u­lar sowie skalier­bar und lässt sich ein­fach in beste­hende Zapf­säu­len­vor­rich­tun­gen inte­gri­eren. Der hohe Betrieb­s­druck des HyBloc ermöglicht eine schnellere Befül­lung des Fahrzeug­tanks. Robuste, fusion­s­ge­bun­dene Plat­ten sor­gen für eine hohe Beständigkeit bei Drück­en bis zu 1.250 bar und Betrieb­stem­per­a­turen bis zu ‑70 Grad Cel­sius. Damit ist HyBloc eine leis­tungsstarke Kom­po­nente für aktuelle H70-Sys­teme, die mit 700 bar arbeit­en. Seine hohe Leis­tung erlaubt direkt aufeinan­der fol­gende Tankvorgänge, da anders als bei herkömm­lichen Plat­ten­wärmetausch­ern keine Zeit zum erneuten Kühlen benötigt wird.

Con­cept Zero: erster Plat­ten­wärmetausch­er aus defos­siliertem Stahl

Alfa Laval und der schwedis­che Stahl­pro­duzent SSAB haben die Entwick­lung des weltweit ersten CO2-neu­tralen Plat­ten­wärmetausch­ers auf Basis der HYBRIT-Tech­nolo­gie bekan­nt­gegeben. Dieser soll aus fos­sil­freiem Stahl sowie recycel­tem Mate­r­i­al für die Dich­tun­gen beste­hen. Nach Ver­wen­dungsende kön­nen die Appa­rate ohne Weit­eres recycelt wer­den. Die Pro­duk­tion des ersten kohlen­stoffneu­tralen Plat­ten­wärmetausch­ers ist bis 2030 geplant. Bere­its 2023 sollen Appa­rate aus wasser­stof­fre­duziertem Stahl hergestellt wer­den. Die Zusam­me­nar­beit ist Teil des Alfa Laval Ziels, bis zum Jahr 2030 CO2-neu­tral zu werden.

Fachvor­trag und Experten­runde geben span­nende Einblicke

Alfa Laval ver­fügt über ein bre­ites Port­fo­lio an effizien­ten Wärmeüber­tra­gung­stech­nolo­gien und umfassendes Know-how für Anwen­dun­gen ent­lang der gesamten Wertschöp­fungs­kette für grü­nen Wasser­stoff sowie zur Tren­nung, Ver­wen­dung und Spe­icherung von Kohlen­stoff (CCUS). Achim Heim­ing, Experte für Wärmeüber­tra­gung im Bere­ich Wasser­stoff und Sales Man­ag­er der Ener­gy Divi­sion bei Alfa Laval Mid Europe, erläutert in seinem Vor­trag „Heat Trans­fer Solu­tions for Green Hydro­gen Pro­duc­tion“ (20. Okto­ber, 15:20 Uhr, Con­fer­ence Track 1), wie Anwen­der die bei der Pro­duk­tion von grünem Wasser­stoff entste­hende Abwärme direkt in den Elek­trol­y­se­prozess zurück­führen und gle­ichzeit­ig die Effizienz steigern kön­nen. Osama Zaalouk, Busi­ness Devel­op­ment Man­ag­er für CCUS, stellt im Rah­men der Pan­eld­iskus­sion „Progress and Trends in CO2 Capture/Separation Tech­nolo­gies“ (19. Okto­ber, 17:15 Uhr, Con­fer­ence Track 5) ver­schiedene Ansätze vor, um die CO2-Strip­pung durch die Wahl der passenden Wärmeüber­tra­gung­stech­nolo­gien zu optimieren.

Nähere Infor­ma­tio­nen zu den Alfa Laval Lösun­gen für die Wasser­stof­fwirtschaft: https://www.alfalaval.de/industrien/energie-und-versorgung/protecting-the-future/protectingthefuture/saubere-energie/gruener-wasserstoff/

Nähere Infor­ma­tio­nen zu den Alfa Laval Lösun­gen für die Kohlen­stof­fab­schei­dung, ‑ver­wen­dung und ‑spe­icherung: https://www.alfalaval.de/industrien/energie-und-versorgung/protecting-the-future/protectingthefuture/saubere-energie/kohlenstoffabscheidung-verwendung-speicherung/