Rund um die Uhr hocheffiziente Produktion von erneuerbarem Wasserstoff durch einen thermochemischen Kreislauf auf der Basis von Schwefelsäure
Laufzeit: 1.1.2023 - 31.12.2026
HySelect, ein von der Clean Hydrogen Partnership gefördertes EU-Projekt, will die effiziente Produktion von erneuerbarem Wasserstoff (H2) durch die Aufspaltung von Wasser mittels konzentrierender Solarthermie (CST) und eines Hybrid-Schwefelkreislaufs (HyS) demonstrieren. Das Projekt entwickelt eine vollständige H2-Produktionskette und will sie zum Ende des Projekts unter realen Bedingungen betreiben.
Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung von zwei innovativen, maßstabsgetreuen Prototyp-Kerngeräten, die für die beiden Schritte des HyS-Zyklus nötig sind: ein Reaktor, der Schwefelsäure zersetzt und Schwefeltrioxid spaltet (SAD-STS) sowie ein Schwefeldioxid-depolarisierter Elektrolyseur (SDE).
Solare Wasserstoff Produktion
Um eine durch konzentrierte Solarenergie angetriebene thermochemische Wasserstoffproduktion zu erreichen, die hocheffizient, langfristig und kostengünstig ist, werden in HySelect jüngste Entwicklungen und Innovationen umgesetzt. Grüner Wasserstoff kann energieintensiven Branchen wie der Stahl- und Chemieindustrie helfen, Klimaneutralität zu erreichen. Dafür sind jedoch hohe Mengen erforderlich.
Die Wasserstoffproduktion durch thermochemische Zyklen (insbesondere den Hybrid-Schwefelkreislauf) ist sehr vielversprechend, da aus konzentrierenden Solarthermiesystemen die Hochtemperaturwärme genutzt wird, um die endothermen Reaktionen voranzutreiben. Der Vorteil des Hybrid-Schwefelkreislaufs besteht darin, dass er nur aus zwei Schritten besteht: der thermischen Zersetzung von Schwefelsäure bei hoher Temperatur (jedoch unter 900 Grad Celsius) und der anschließenden Schwefeldioxid-depolarisierten Elektrolyse bei einer niedrigeren Temperatur (50 bis 80 Grad Celsius) zur Erzeugung von erneuerbarem Wasserstoff.
Die Testanlage
Das Projekt wird konzentrierte Sonnenstrahlung als Wärmequelle nutzen, insbesondere durch den innovativen Zentrifugalempfänger CentRec®, der vom DLR entwickelt und patentiert wurde.
Die HySelect-Technologie wird an zwei Standorten getestet. Am Jülicher Heliostatenfeld, neben dem Solarturm des DLR, wird der Receiver im Multifokusturm installiert. Eine Versuchsanlage vor Ort wird zudem für den thermochemischen Prozess erweitert. Die HySelect-Chemieanlage sowie der innovative HySelect-Elektrolyseur werden im Grillo-Werk in Duisburg eingesetzt.
Hybrid-Schwefelkreislauf
Das HySelect-Projekt sieht vor, die gesamten Material- und Prozesswertschöpfungsketten sowohl der konzentrierten solarenergiegetriebenen SO3-Spaltung als auch der SO2-depolarisierten Elektrolyse abzudecken. Ziel ist es, die technischen Lücken zu schließen und die fehlenden Verbindungen im Gesamtkonzept der HyS-Kreislauftechnologie bereitzustellen, um eine realistische Gesamtbewertung der Technologie und ihrer Skalierung zu ermöglichen.
HySelect Technologie
Im EU-Forschungsprojekt HySelect wird zur Herstellung von Wasserstoff der zweistufig hybride Schwefel-Zyklus im kW-Maßstab demonstriert. Die Energie für den thermochemischen Schritt des Prozesses wird über konzentrierte Solarstrahlung eingebracht. Der Strombedarf des anschließenden elektrochemischen Schritts ist deutlich geringer als bei herkömmlichen Elektrolyseverfahren. So könnten zukünftig Wasserstoffmengen im Multi-Megawatt-Maßstab effizient und erneuerbar erzeugt und CO₂-Emissionen vermieden werden.
Darüber hinaus wird ein Wärmerückgewinnungssystem integriert, um die Temperaturdifferenz innerhalb des Kreislaufs zu nutzen und die Gesamteffizienz des Prozesses zu steigern. Im Rahmen der Arbeiten werden Materialien und Katalysatoren entwickelt, qualifiziert und in die Prototyp-Einheiten im Anlagenmaßstab sowohl für den Säurespaltungsreaktor als auch für die SDE-Einheit integriert.
Die experimentellen Arbeiten werden von einer Komponentenmodellierung und einer Gesamtprozesssimulation begleitet und gipfeln in einer Demonstration des vollständigen Prozesses, bei dem die Schlüsselkomponenten in eine Pilotanlage integriert werden. Durch Tests über einen Zeitraum von mindestens sechs Monaten im Multifokusturm werden die angestrebte Effizienz und die Kosten von HySelect ermittelt.
Schließlich wird eine allgemeine Prozessbewertung durchgeführt, um die technischen und wirtschaftlichen Aussichten der HySelect-Technologie zu beurteilen, die direkt mit dem Know-how und den Entwicklungen der Schwefelsäure- und Wasserelektrolyse-Industrie verbunden ist. Somit werden die tatsächlichen praktischen Bedürfnisse der wasserstoffbezogenen Industrie in Europa durch die Umsetzung innovativer Ideen und Lösungen berücksichtigt. Gleichzeitig wird ihr Nutzen durch einen erweiterten Proof-of-Concept-Betrieb vor Ort validiert und durch die schnelle Skalierung und Kommerzialisierung weiter vorangetrieben.
Gefördert durch die Europäische Kommission durch die „Clean Hydrogen Partnership HORIZON JU Research and Innovation Actions HORIZON-JTI-CLEANH2-2022-01-06 programme“, unter der Grant Agreement-Nummer 101101498.
