Nachhaltige Wärmeübertragung

Eine immer energieef­fizien­tere und nach­haltigere Gestal­tung der Prozesse ist für einen erfol­gre­ichen Aus­bau der Wasser­stof­fwirtschaft entschei­dend. Neben Strom wer­den für die elek­trol­y­seur­basierte Wasser­stoff­pro­duk­tion etwa 50 bis 60 Kubik­me­ter sauberes Wass­er pro Tag für 10 Megawatt Elek­trol­y­seurleis­tung benötigt. Die neuen Frischwasser­erzeuger HyDuo von Alfa Laval erzeu­gen aus Meer‑, Fluss- und Brack­wass­er hochreines Prozess­wass­er und sor­gen simul­tan für eine zuver­läs­sige Küh­lung der Elek­trol­y­sean­lage. HyDuo nutzt bei der Vaku­umver­damp­fung des Wassers die entste­hende Abwärme der Elek­trol­yse, sodass nahezu keine zusät­zliche Energie benötigt wird. Anders als bei herkömm­lichen Ver­fahren müssen kaum Chemikalien zuge­set­zt wer­den, um die erforder­liche Wasserqual­ität zu erzie­len. Die gle­ichzeit­ige Küh­lung des Elek­trol­y­seurs ermöglicht Anwen­dern, eine hohe Pro­duk­tiv­ität, Effizienz und Lebens­dauer ihrer Anlage sicherzustellen. So senken die kom­pak­ten Frischwasser­erzeuger den Strombe­darf und scho­nen wertvolle natür­liche Ressourcen.

Wasser­stoff muss während der Betankung von Fahrzeu­gen auf eine Tem­per­atur von cir­ca ‑40 Grad Cel­sius herun­tergekühlt wer­den, um eine Über­hitzung des Gas­es im Fahrzeug­tank zu ver­hin­dern. Dabei sind Wärmetausch­er erforder­lich, die den Drück­en des 350 bar bis 700 bar kom­prim­ierten Wasser­stoffs stand­hal­ten. Der dif­fu­sion­s­geschweißte Vorküh­ler HyBloc ist auf­grund ein­er speziellen Schweißtech­nolo­gie (PCHE – Print­ed Cir­cuit Heat Exchang­er) beson­ders robust und eignet sich für Drücke bis zu 1.250 bar sowie Betrieb­stem­per­a­turen bis zu ‑70 Grad Cel­sius. Damit ist HyBloc eine leis­tungsstarke Kom­po­nente für aktuelle H35- und H70-Sys­teme, die mit 350 beziehungsweise 700 bar arbeit­en. Sein hoher Betrieb­s­druck ermöglicht eine schnellere Befül­lung des Fahrzeug­tanks. Zudem erlaubt die Leis­tung des HyBloc direkt aufeinan­der fol­gende Tankvorgänge (Back-to-back-Betankung), da anders als bei herkömm­lichen Plat­ten­wärmetausch­ern keine Zeit zum erneuten Kühlen benötigt wird. Der kom­pak­te Vorküh­ler ist mod­u­lar, skalier­bar und lässt sich ein­fach sowie kostengün­stig in beste­hende Zapf­säu­len­vor­rich­tun­gen integrieren.

Brennstof­fzellen ermöglichen die CO2-freie Umwand­lung von Wasser­stoff in Strom und wer­den eine wichtige Rolle beim Über­gang zu grü­nen Energien spie­len. Daher hat Alfa Laval den ersten Wärmetausch­er speziell für Brennstof­fzel­len­sys­teme entwick­elt. AlfaNo­va GL50 ist ein kom­pak­ter, asym­metrisch­er Gas-Flüs­sigkeits-Plat­ten­wärmetausch­er und sorgt für Sys­te­m­ef­fizienz bei gerin­gen Tem­per­aturver­lus­ten. Er bewältigt Gasströme von bis zu 250 Kubik­me­ter pro Stunde und Gasein­trittstem­per­a­turen von bis zu 750 Grad Cel­sius. Die paten­tierte Fügetech­nik Alfa­Fu­sion macht den Wärmetausch­er beson­ders robust und ermöglicht den Ein­satz in anspruchsvollen Prozessen. Seine Fähigkeit, Wasser­dampf zu kon­den­sieren, macht ihn für Sys­teme, in denen Brennstoffe wie Ammo­ni­ak oder Methanol reformiert wer­den müssen, ein­set­zbar. Neben dem Ein­satz in Brennstof­fzel­len­sys­te­men eignet sich der AlfaNo­va GL50 für Anwen­dun­gen wie Abwär­menutzung, Bio­gas­nach­be­hand­lung und Küh­lung von Wasser­stoff und Sauer­stoff aus Elek­trol­y­seuren. AlfaNo­va GL50 beste­ht zu 100 Prozent aus Edelstahl.

Die Abschei­dung, Nutzung und Spe­icherung von CO2 (CCUS – Car­bon Cap­ture, Uti­liza­tion and Stor­age) ist eine nach­haltige Lösung, um die Abgabe der CO2-Emis­sio­nen in die Atmo­sphäre zu ver­hin­dern. Viele Branchen kön­nen das Kohlen­stoff­diox­id zudem wiederver­wen­den, um ihre Pro­duk­tiv­ität und Wirtschaftlichkeit zu steigern. Die CO2-Abschei­dung aus Rauch­gasen erfordert allerd­ings leis­tungsstarke Wärmeüber­tra­gung­stech­nolo­gien, um die kom­plex­en Tem­per­at­u­ran­forderun­gen der einzel­nen Prozesse zu erfüllen. So wird das Rauch­gas abgekühlt, um die Absorp­tion­sef­fizienz zu opti­mieren, bevor es in den Absorber ein­tritt und sein CO2 abgibt. Zu Beginn der CO2-Abschei­dung nimmt ein Lösungsmit­tel das Kohlen­stoff­diox­id in der Absorberkolonne auf, anschließend wird es in der Des­or­berkolonne (Strip­per) abgeschieden. Absorp­tion und Des­orp­tion find­en bei sehr unter­schiedlichen Tem­per­a­turen statt, sodass immer wieder geheizt und gekühlt und eine hohe Wärmeüber­tra­gungsef­fizienz benötigt wird. Alfa Laval ist ein Part­ner im Bere­ich CCS und ver­fügt über Erfahrun­gen mit Pilot‑, Demon­stra­tions- und kom­merziellen Anla­gen. Der Wärmeüber­tra­gungsspezial­ist unter­stützt Anwen­der mit kom­pak­ten, robusten Kühlsys­te­men, Kon­den­satoren und Reboil­ern, die die Effizienz sowie Nach­haltigkeit ihrer CCS-Prozesse steigern und Kosten senken.

Die Stahlerzeu­gung verur­sacht 7 Prozent der weltweit­en CO2-Emis­sio­nen. Alfa Laval und der schwedis­che Stahl­pro­duzent SSAB haben sich das Ziel geset­zt, bis 2030 die ersten CO2-neu­tralen Plat­ten­wärmetausch­er auf Basis der HYBRIT-Tech­nolo­gie anzu­bi­eten. Die Appa­rate wer­den aus fos­sil­freiem Stahl sowie recycel­tem Mate­r­i­al für die Dich­tun­gen beste­hen. Nach Ver­wen­dungsende kön­nen sie ohne Weit­eres recycelt wer­den. Die Zusam­me­nar­beit ist Teil des Alfa Laval Ziels, bis zum Jahr 2030 CO2-neu­tral zu wer­den. Bere­its jet­zt haben die bei­den Unternehmen einen Meilen­stein passiert: Alfa Laval ver­ar­beit­et in seinen Wärmetausch­ern den umwelt­fre­undlichen Stahl SSAB Zero, der zu 100 Prozent aus recycel­tem Stahl beste­ht und mit fos­sil­freier Elek­triz­ität sowie Bio­gas hergestellt wird. Damit entste­hen im Prinzip keine Kohlen­stof­fe­mis­sio­nen aus fos­silen Brennstof­fen. Im ersten Schritt liefert das Unternehmen 2023 mehr als 100 Wärmetausch­er mit SSAB Zero Stahl aus, die in Branchen wie HLK, Marine, Prozessin­dus­trie, Wasser­stof­fwirtschaft und Lebens­mit­telver­ar­beitung einge­set­zt werden.

Der Anbi­eter in den Bere­ichen Wärmeüber­tra­gung, Sep­a­ra­tion und Flu­id­han­dling ver­fügt über ein bre­ites Port­fo­lio an effizien­ten Wärmeüber­tra­gung­stech­nolo­gien und Know-how für Anwen­dun­gen ent­lang der gesamten Wertschöp­fungs­kette für grü­nen Wasser­stoff sowie zur Tren­nung, Ver­wen­dung und Spe­icherung von Kohlen­stoff­diox­id (CCUS). Luciana Mendes, Clean­tech Busi­ness Devel­op­ment Man­ag­er bei Alfa Laval, erläutert auf der Hydro­gen and Car­bon Cap­ture Tech­nol­o­gy Expo (27. und 28. Sep­tem­ber 2023, Messe Bre­men, Stand 4C130) im Rah­men der Pan­eld­iskus­sion „Water treat­ment and its chal­lenges for hydro­gen pro­duc­tion“ (28. Sep­tem­ber, 12:05 Uhr, Con­fer­ence Track 1), wie inno­v­a­tive Frischwasser­erzeuger durch die Nutzung von Abwärme aus der Elek­trol­yse reines Prozess­wass­er erzeu­gen und simul­tan für eine zuver­läs­sige Küh­lung der Elek­trol­y­sean­lage sor­gen. Osama Zaalouk, Clean­tech Busi­ness Devel­op­ment Man­ag­er, stellt in seinem Vor­trag „Heat trans­fer equip­ment selec­tion for an opti­mal absorption/stripping process” (28. September,13:45 Uhr, Con­fer­ence Track 5) Ansätze vor, um die CO2-Absorp­tion und ‑Des­orp­tion durch die Wahl der passenden Wärmeüber­tra­gung­stech­nolo­gien zu optimieren.