Review Paper in Angewandte Chemie International Edition im Rahmen des BMBF/HGF-Innovationspool-Projekts "Solarer Wasserstoff: hochrein und komprimiert"
Das Review Paper "Technological Pathways to Produce Compressed and Highly Pure Hydrogen from Solar Power" von WissenschaftlerInnen des IEK-1 (Mariya E. Ivanova, Laura-Alena Schäfer, Norbert H. Menzler und Olivier Guillon), mehrerer anderer IEK Institute der FZJ GmbH und weiterer HGF-Zentren wurde in der Angewandten Chemie International Edition (2023) veröffentlicht.
Das Innovationspool-Projekt "Solarer Wasserstoff: hochrein und komprimiert" zielt darauf ab, sowohl den wissenschaftlichen Kenntnisstand als auch die technologische Reife verschiedener lebensfähiger Technologien für die Umwandlung von Solarenergie in Wasserstoff (H2) zu verbessern. Zur Halbzeit des Projekts wurde eine Übersichtsarbeit in der Angewandten Chemie International Edition veröffentlicht, die sich mit den technologischen Wege zur Herstellung von komprimiertem und hochreinem H2 aus Sonnenenergie befasst. Ziel dieser umfangreichen Arbeit, an der mehrere HGF-Zentren beteiligt waren, war es, eine klare Aussage über den Status quo der technologisch erreichbaren H2-Reinheit und Druckstufen zu treffen. Auf diese Weise können zukünftige Entwicklungsmöglichkeiten identifiziert und potenziell verfolgt werden.
In der Übersicht werden fünf wichtige technologische Wege zur Erzeugung von grünem Wasserstoff betrachtet: Nieder- und Hochtemperatur-Wasserelektrolyse, photoelektrochemische und thermochemische Wasserspaltung sowie die Umwandlung von Kohlenwasserstoffen (z. B. Biomethan) in Flüssigmetall- und Plasmareaktoren. Sie alle werden mit Sonnenenergie in Form von Photonen, Elektrizität oder Wärme betrieben und werden im Hinblick auf ihren derzeitigen Entwicklungsstand, ihre technischen Beschränkungen und ihr künftiges Potenzial bezüglich die Qualität des erzeugten Wasserstoffs übersichtlich gemacht. Diese Technologien unterscheiden sich in ihrem Reifegrad (Technology Readiness Level, TRL von 2 bis 9) und können Wasserstoff mit einer Reinheit von ≥99,97 und einem Druck von >500 bar liefern. Die Kopplung mit elektrochemischen Kompressoren kann darüber hinaus ein notwendiges downstream Element sein, um den Wasserstoffausgangsdruck noch weiter zu erhöhen, derzeit auf etwa 1300 bar. Neben der technologischen Perspektive werden auch numerische Simulationen auf verschiedenen Skalen als übergreifender Ansatz betrachtet und liefern Erkenntnisse für die Entwicklung und Optimierung von Materialien, Komponenten, Reaktoren und Systemen.
Originalveröffentlichung:
M. E. Ivanova, R. Peters, M. Müller, S. Haas, M. F. Seidler, G. Mutschke, K. Eckert, P. Röse, S. Calnan, R. Bagacki, R. Schlatmann, C. Grosselindemann, L.-A. Schäfer, N. H. Menzler, A. Weber, R. van de Krol, F. Liang, F. F. Abdi, S. Brendelberger, N. Neumann, J. Grobbel, M. Roeb, C. Sattler, I. Duran, B. Dietrich, C. Hofberger, L. Stoppel, N. Uhlenbruck, T. Wetzel, D. Rauner, A. Hecimovic, U. Fantz, N. Kulyk, J. Harting, O. Guillon
Technological Pathways to Produce Compressed and Highly Pure Hydrogen from Solar Power
Angewandte Chemie International Edition published by Wiley-VCH GmbH (2023), https://doi.org/10.1002/anie.202218850
Link zur Helmholtz Energie Webseite unter der Rubrik “Wissenschaftliche Highlights“: https://energy.helmholtz.de/forschungshighlights/solarer-wasserstoff-hochrein-und-komprimiert/