[go: up one dir, main page]

DE102008006740A1 - Method and device for generating hydrogen - Google Patents

Method and device for generating hydrogen Download PDF

Info

Publication number
DE102008006740A1
DE102008006740A1 DE102008006740A DE102008006740A DE102008006740A1 DE 102008006740 A1 DE102008006740 A1 DE 102008006740A1 DE 102008006740 A DE102008006740 A DE 102008006740A DE 102008006740 A DE102008006740 A DE 102008006740A DE 102008006740 A1 DE102008006740 A1 DE 102008006740A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
exothermic reaction
water
exhaust gas
reaction
hydrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102008006740A
Other languages
German (de)
Inventor
Martin Dr. Ing. Quintus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Priority to DE102008006740A priority Critical patent/DE102008006740A1/en
Priority to PCT/EP2009/000199 priority patent/WO2009095155A1/en
Publication of DE102008006740A1 publication Critical patent/DE102008006740A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
    • C01B3/065—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents from a hydride
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff (H2), insbesondere in einem Brennstoffzellensystem eines Fahrzeuges, bei dem Wasserstoff (H2) aus einer exothermen Reaktion von Wasser (H2O) mit einem Zusatzstoff (Z) erzeugt wird. Anhand einer bei der exothermen Reaktion entstehenden Reaktionswärme wird ein in einem Abgaskanal (2) geführtes kathodenausgangsseitiges Abgas (A) einer Brennstoffzelle (1) erwärmt.The invention relates to a method and a device for generating hydrogen (H2), in particular in a fuel cell system of a vehicle, in which hydrogen (H2) is produced from an exothermic reaction of water (H2O) with an additive (Z). On the basis of a reaction heat generated during the exothermic reaction, a cathode output side exhaust gas (A) of a fuel cell (1) guided in an exhaust gas duct (2) is heated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff, insbesondere in einem Brennstoffzellensystem eines Fahrzeuges, bei dem Wasserstoff aus einer exothermen Reaktion von Wasser mit einem Zusatzstoff erzeugt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The Invention relates to a process for the production of hydrogen, in particular in a fuel cell system of a vehicle the hydrogen from an exothermic reaction of water with a Additive is generated. The invention further relates to a Apparatus for carrying out the method.

Aus der DE 10 2005 039 061 A1 sind ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bekannt. Dabei wird Wasserstoff durch eine Reaktion von Wasser mit einem komplexen Metallhyhdrid, insbesondere Natriumborhydrid, entwickelt, wobei eine Lösung des festen Nebenprodukts in Wasser (Nebenproduktlösung) entsteht. Das Verfahren wird mit einem höchstens 10-fachen Überschuss an Wasser durchgeführt sowie bei einer Temperatur zwischen 150°C und 400°C, wobei der Druck so gewählt ist, dass der Energiegehalt des Reaktionsgemisches ausreichend ist, um bei einer der Wasserstoffentwicklung nachgeschalteten Entspannung der Nebenproduktlösung das überschüssige Wasser zu verdampfen.From the DE 10 2005 039 061 A1 For example, a method for producing hydrogen and an apparatus for carrying out this method are known. In this case, hydrogen is developed by a reaction of water with a complex metal hydride, in particular sodium borohydride, whereby a solution of the solid by-product is formed in water (by-product solution). The process is carried out with a maximum of 10-fold excess of water and at a temperature between 150 ° C and 400 ° C, wherein the pressure is chosen so that the energy content of the reaction mixture is sufficient to at a downstream hydrogen evolution of the by-product solution to evaporate the excess water.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff anzugeben.Of the Invention is based on the object, an improved method and an improved apparatus for producing hydrogen specify.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.Regarding of the method according to the invention by the features specified in claim 1 solved.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 10 angegebenen Merkmale gelöst.Regarding The device according to the invention by the task the features specified in claim 10 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Bei dem Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff, insbesondere in einem Brennstoffzellensystem eines Fahrzeuges, bei dem Wasserstoff aus einer exothermen Reaktion von Wasser mit einem Zusatzstoff erzeugt wird, wird erfindungsgemäß anhand einer bei der exothermen Reaktion entstehenden Reaktionswärme ein in einem Abgaskanal geführtes kathodenausgangsseitiges Abgas einer Brennstoffzelle erwärmt. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass sich eine Absorptionsfähigkeit des erwärmten Abgases für Wasser erhöht. Daraus resultiert weiterhin der Vorteil, dass voluminöse Wasserdampfwolken und eine Emission von flüssigem Wasser vermieden oder zumindest verringert werden.at the process for producing hydrogen, in particular in one Fuel cell system of a vehicle in which hydrogen out an exothermic reaction of water with an additive produced is, according to the invention with reference to the exothermic reaction resulting heat of reaction in an exhaust gas duct guided cathode exhaust side exhaust gas a fuel cell heated. This will be beneficial Achieved that an absorption capacity of the heated exhaust gas for water increases. This further results in the advantage that voluminous Water vapor clouds and an emission of liquid water avoided or at least reduced.

In einer Weiterbildung der Erfindung reagieren das im Abgas gebundene Wasser und der Zusatzstoff im Abgaskanal exotherm, wobei der Abgaskanal die Reaktionseinrichtung bildet. Somit wird eine wirkungsvolle Entfeuchtung des Abgases der Brennstoffzelle erreicht. In einer mobilen Anwendung des Brennstoffzellensystems, insbesondere in einem Fahrzeug, ist es somit möglich, eine Eisbildung auf einer Fahrbahn bei geringen Temperaturen durch im Abgas enthaltenes Wasser zu vermeiden, so dass eine Verkehrssicherheit durch brennstoffzellenbetriebene Fahrzeuge nicht beeinträchtigt wird.In a development of the invention react the bound in the exhaust gas Water and the additive in the exhaust duct exothermic, the exhaust duct the reaction device forms. Thus, an effective dehumidification reaches the exhaust gas of the fuel cell. In a mobile application of the Fuel cell system, especially in a vehicle, it is thus possible, an ice formation on a roadway at low Avoid temperatures due to water in the exhaust, so that road safety by fuel cell powered vehicles is not affected.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden das im Abgas gebundene Wasser und der Zusatzstoff einem Reaktor zugeführt, der ein geeignetes Katalysatormaterial enthält, und reagieren dort exotherm, so dass der Reaktor die Reaktionseinrichtung bildet. Die Verwendung des Katalysatormaterials bewirkt eine Beschleunigung der exothermen Reaktion, so dass pro Zeiteinheit mehr Wasser zu Wasserstoff umgesetzt wird und eine größere Wärmemenge entsteht, um das Abgas zu erwärmen.In In another embodiment of the invention, the bound in the exhaust gas Water and the additive fed to a reactor, the contains a suitable catalyst material, and react there exothermic, so that the reactor forms the reaction device. The Use of the catalyst material causes acceleration the exothermic reaction, so that more water per unit of time to hydrogen is implemented and a larger amount of heat is created to heat the exhaust gas.

Dabei kann es auch vorteilhaft sein, wenn sowohl der Abgaskanal, als auch der Reaktor ein geeignetes Katalysatormaterial enthalten.there It may also be advantageous if both the exhaust duct, as well the reactor contain a suitable catalyst material.

Bei der exothermen Reaktion nicht umgesetztes, überschüssiges im Abgas enthaltenes Wasser, der erzeugte Wasserstoff und Nebenprodukte der exothermen Reaktion werden in einer Separationseinrichtung voneinander separiert. Der bei der exothermen Reaktion erzeugte Wasserstoff wird der Brennstoffzelle nach der Separation anodeneingangsseitig mittels einer ersten Rezirkulationseinrichtung zugeführt. Daraus resultiert der Vorteil, dass sich ein notwendiges Volumen eines Vorratsbehälters für den Wasserstoff verringert, so dass eine Bauraumverkleinerung, eine Gewichts- und Materialeinsparung erreicht werden.at the exothermic reaction unreacted, excess Water contained in the exhaust gas, the hydrogen produced and by-products of exothermic reaction are in a separation device from each other separated. The hydrogen generated in the exothermic reaction becomes the fuel cell after separation on the anode input side supplied by a first recirculation device. This results in the advantage that a necessary volume a reservoir for the hydrogen decreases, so that a space reduction, a weight and material savings be achieved.

Das bei der exothermen Reaktion nicht umgesetzte Wasser wird nach der Separation mittels einer zweiten Rezirkulationseinrichtung zu einer erneuten exothermen Reaktion strömungseingangsseitig dem Reaktor und/oder dem Abgaskanal zugeführt, wodurch eine zusätzliche Entfeuchtung des Abgases der Brennstoffzelle erreicht wird.The in the exothermic reaction unreacted water is after the Separation by means of a second recirculation device to a renewed exothermic reaction flow input side of the Reactor and / or supplied to the exhaust passage, whereby a additional dehumidification of the exhaust gas of the fuel cell is reached.

Alternativ oder zusätzlich wird das bei der exothermen Reaktion nicht umgesetzte Wasser einem ersten Behälter zugeführt, so dass es möglich ist, dieses zu bevorraten und bei einem Bedarf mittels der zweiten Rezirkulationseinrichtung zu einer erneuten exothermen Reaktion strömungseingangsseitig dem Reaktor und/oder dem Abgaskanal zuzuführen.alternative or in addition, this does not happen in the exothermic reaction converted water fed to a first container, so that it is possible to stockpile this and at one Demand by means of the second recirculation device to a renewed exothermic reaction on the flow side of the reactor and / or to supply the exhaust duct.

Ferner werden die Nebenprodukte der exothermen Reaktion einem zweiten Behälter zugeführt, so dass diese separiert bevorratet werden und in einer einfachen Art und Weise einem Recycling- oder Entsorgungsprozess zugeführt werden können.Further, the byproducts of the exothermic reaction are supplied to a second container so that they are stored separately and in a simple manner a recycling or Disposal process can be supplied.

Zusammenfassend werden anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der exothermen Reaktion ein derart hoher Wasserumsatz und eine derart große Reaktionswärme erzeugt, dass eine Emission von flüssigem Wasser aus dem Abgaskanal weitgehend vermieden wird.In summary be using the method of the invention and the device according to the invention in the exothermic reaction such a high water conversion and such Great heat of reaction generates that emission largely avoided by liquid water from the exhaust passage becomes.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.embodiments The invention will be described below with reference to a drawing explained.

Dabei zeigt:there shows:

1 schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 1 schematically a device for carrying out the method according to the invention.

In der einzigen 1 ist eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.In the only one 1 a suitable device for carrying out the method according to the invention is shown.

Bei einer Erzeugung elektrischer Energie mittels einer Brennstoffzelle 1, vorzugsweise einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle, insbesondere einer Brennstoffzelle mit Polymer-Elektrolyt-Membran (PEMFC), wird der Brennstoff Wasserstoff H2 mit dem Oxidationsstoff Sauerstoff O2 elektrochemisch in Wasser H2O umgesetzt. Dieses Wasser H2O wird an der Brennstoffzelle 1 kathodenausgangsseitig abgeführt. Als Lieferant für den Brennstoff wird oft ein wasserstoffhaltiges Gas, z. B. ein Reformatgas, eingesetzt. Als Lieferant für den Oxidationsstoff dient meist Luft aus der Umgebung.When generating electrical energy by means of a fuel cell 1 , preferably a hydrogen-oxygen fuel cell, in particular a fuel cell with polymer electrolyte membrane (PEMFC), the fuel hydrogen H 2 is reacted with the oxidant oxygen O 2 electrochemically in water H 2 O. This water H 2 O is at the fuel cell 1 discharged on the cathode output side. As a supplier of the fuel is often a hydrogen-containing gas, eg. As a reformate, used. The supplier of the oxidizing agent is usually air from the environment.

Das Wasser H2O kann dabei zusammen mit einem Abgas A der Brennstoffzelle 1 und/oder teilweise in diesem als absorbiertes dampfförmiges Wasser H2O(d) über einen Abgaskanal 2 abgeführt werden. Dabei wird das Wasser H2O als flüssiges Wasser H2O(l) oder in Form von dampfförmigem Wasser H2O(d) an eine Umgebung der Brennstoffzelle 1 abgegeben. Bei einer mobilen Anwendung der Brennstoffzelle 1, insbesondere zu einem elektromotorischen Antrieb eines nicht näher dargestellten Fahrzeuges, besteht jedoch die Gefahr, dass aus dem Abgaskanal 2 austretendes flüssiges Wasser H2O(l) bei niedrigen Temperaturen auf einer Fahrbahn gefriert und somit zu gefährlichen Situationen in einem Verkehrsgeschehen führen kann.The water H 2 O can together with an exhaust gas A of the fuel cell 1 and / or partly in this as absorbed vaporous water H 2 O (d) via an exhaust passage 2 be dissipated. In this case, the water H 2 O as liquid water H 2 O (l) or in the form of vaporous water H 2 O (d) to an environment of the fuel cell 1 issued. In a mobile application of the fuel cell 1 However, in particular to an electromotive drive of a vehicle, not shown, there is a risk that from the exhaust duct 2 leaking liquid water H 2 O (l) can freeze on a road surface at low temperatures and thus can lead to dangerous situations in a traffic event.

Die Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, das Abgas A der Brennstoffzelle 1, insbesondere für eine mobile Anwendung in einem Fahrzeug, zu entfeuchten und/oder die Absorptionsfähigkeit des Abgases A für Wasser H2O zu erhöhen.The object of the invention is therefore the exhaust gas A of the fuel cell 1 in particular for a mobile application in a vehicle, to dehumidify and / or to increase the absorption capacity of the exhaust gas A for water H 2 O.

Dazu wird dem Abgaskanal 2 der Brennstoffzelle 1 kathodenausgangsseitig ein Zusatzstoff Z zugeführt, mittels dem in einer exothermen Reaktion mit dem in dem Abgas A enthaltenen flüssigen Wasser H2O(l) Wasserstoff H2 erzeugt wird, wobei der Abgaskanal 2 selbst eine Reaktionseinrichtung für die exotherme Reaktion bildet. Dabei kann es natürlich sein, dass der Zusatzstoff Z teilweise auch mit dem dampfförmigen Wasser H2O(d) reagiert. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zu einer Bevorratung des Zusatzstoffes Z ein nicht näher dargestellter Vorratsbehälter vorgesehen, wobei die Menge an bevorratetem Zusatzstoff Z vorzugsweise so gewählt wird, dass eine Wiederbefüllung des Vorratsbehälters beispielsweise im Rahmen einer regelmäßigen Inspektion des Fahrzeuges vorgenommen wird.This is the exhaust duct 2 the fuel cell 1 An additive Z is supplied to the cathode output side, by means of which hydrogen H 2 is produced in an exothermic reaction with the liquid water H 2 O (I) contained in the exhaust gas A, the exhaust gas channel 2 itself forms a reaction device for the exothermic reaction. It may be natural that the additive Z partially reacts with the vaporous water H 2 O (d) . In an advantageous embodiment of the invention, a supply container not shown in detail is provided for storing the additive Z, wherein the amount of stored additive Z is preferably chosen so that a refilling of the reservoir is made for example in the context of a regular inspection of the vehicle.

Zur Gewinnung von Wasserstoff H2 aus Wasser H2O sind im Stand der Technik zahlreiche Verfahren bekannt, welche insbesondere bei mobilen Anwendungen, beispielsweise in Fahrzeugen, verwendet werden. Von diesen bekannten Verfahren eignen sich zur Durchführung jene, welche Wasser H2O mit einem Zusatzstoff Z in einer exothermen Reaktion in Wasserstoff H2 umsetzen. Dabei handelt es sich insbesondere um:

  • – eine Zersetzung von Wasser H2O zu Wasserstoff H2 mit geeigneten Metallen oder Halbmetallen als Zusatzstoff Z, wie z. B. Magnesium (Mg), Natrium (Na) oder Silizium (Si);
  • – eine z. T. katalytische Zersetzung von Wasser H2O zu Wasserstoff H2 mit geeigneten Metallhydriden als Zusatzstoff Z, wie z. B. Natriumborhydrid (NaBH4) oder Lithiumaluminiumhydrid (LiAlH4).
To obtain hydrogen H 2 from water H 2 O, numerous processes are known in the prior art, which are used in particular in mobile applications, for example in vehicles. Of these known methods are suitable for carrying out those which convert water H 2 O with an additive Z in an exothermic reaction in hydrogen H 2 . These are in particular:
  • - A decomposition of water H 2 O to hydrogen H 2 with suitable metals or semimetals as additive Z, such as. Magnesium (Mg), sodium (Na) or silicon (Si);
  • - a z. T. catalytic decomposition of water H 2 O to hydrogen H 2 with suitable metal hydrides as additive Z, such as. As sodium borohydride (NaBH 4 ) or lithium aluminum hydride (LiAlH 4 ).

Das in dem Abgas A enthaltene flüssige Wasser H2O(l) reagiert dabei zumindest teilweise mit dem Zusatzstoff Z, so dass in dem Abgaskanal 2 nach der exothermen Reaktion das Abgas A, der erzeugte Wasserstoff H2, dampfförmiges Wasser H2O(d), flüssiges Wasser H2O(l) und ein oder mehrere Nebenprodukte N geführt werden. Eine bei der exothermen Reaktion frei werdende Reaktionswärme wird an das Abgas A und das Wasser H2O abgegeben, so dass flüssiges Wasser H2O(l) in dampfförmiges Wasser H2O(d) umgewandelt wird und das erwärmte Abgas A mehr Wasser H2O absorbieren kann.The liquid water H 2 O (I) contained in the exhaust gas A reacts at least partially with the additive Z, so that in the exhaust gas channel 2 after the exothermic reaction, the exhaust gas A, the generated hydrogen H 2 , vaporous water H 2 O (d) , liquid water H 2 O (l) and one or more by-products N are performed. A heat of reaction liberated in the exothermic reaction is given to the exhaust gas A and the water H 2 O, so that liquid water H 2 O (l) is converted into vaporous water H 2 O (d) and the heated exhaust gas A more water H 2 O can absorb.

In einer Weiterbildung der Erfindung werden das Abgas A, das Wasser H2O und der Zusatzstoff Z alternativ oder zusätzlich einem Reaktor 3 zugeführt, der ein geeignetes Katalysatormaterial enthält, da das Katalysatormaterial unter den jeweils vorliegenden Reaktionsbedingungen Voraussetzung für eine Reaktion des Wassers H2O mit bestimmten Zusatzstoffen Z sein kann oder die Reaktion beschleunigt. Dabei bilden der Abgaskanal 2 und/oder der Reaktor 3 die Reaktionseinrichtung für die Reaktion, in welcher die frei gesetzte Reaktionswärme an das Abgas A und das Wasser H2O abgegeben werden. Wird als Zusatzstoff Z beispielsweise Natriumborhydrid (NaBH4) verwendet, enthält das Katalysatormaterial vorzugsweise Ruthenium (Ru) oder eine Ruthenium enthaltenden Verbindung.In one development of the invention, the exhaust gas A, the water H 2 O and the additive Z are alternatively or additionally a reactor 3 supplied, which contains a suitable catalyst material, since the catalyst material under the respective reaction conditions may be a prerequisite for a reaction of the water H 2 O with certain additives Z or accelerates the reaction. This form the exhaust duct 2 and / or the reactor 3 the reaction means for the reaction in which the released reaction heat to the exhaust gas A and the water H 2 O are discharged. As additive Z, for example, sodium borohydride (NaBH 4 ), the catalyst material preferably contains ruthenium (Ru) or a ruthenium-containing compound.

Die nach der exothermen Reaktion vorliegenden, im Abgaskanal 2 geführten und erwärmten Bestandteile in dem Abgas A, d. h. flüssiges und dampfförmiges Wasser H2O(l) und H2O(d), der erzeugte Wasserstoff H2 und die bei der exothermen Reaktion entstandenen Nebenprodukte N, werden einer Separationseineinrichtung 4 zugeführt. In dieser Separationseinrichtung 4 werden die einzelnen Bestandteile voneinander separiert.The present after the exothermic reaction, in the exhaust duct 2 Guided and heated components in the exhaust gas A, ie, liquid and vapor water H 2 O (l) and H 2 O (d) , the generated hydrogen H 2 and the by-products N formed in the exothermic reaction, become a separation device 4 fed. In this separation device 4 the individual components are separated from each other.

Nach der Separation wird der erzeugte Wasserstoff H2 über eine erste Rezirkulationseinrichtung 5 der Brennstoffzelle 1 anodeneingangsseitig als Brennstoff zugeführt. Somit ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ein Volumen eines Vorratsbehälters für den Brennstoff in dem Fahrzeug verringert werden kann, so dass sich eine Bauraumverkleinerung ergibt.After separation, the hydrogen produced is H 2 via a first recirculation device 5 the fuel cell 1 anode fuel side supplied as fuel. Thus, advantageously results in that a volume of a reservoir for the fuel in the vehicle can be reduced, so that there is a reduction in space.

Das bei der exothermen Reaktion nicht umgesetzte, überschüssige flüssige Wasser H2O(l) wird direkt mittels einer zweiten Rezirkulationseinrichtung (6) strömungseingangsseitig dem Reaktor 3 und/oder dem Abgaskanal 2 zu einer erneuten exothermen Reaktion zugeführt. Alternativ oder zusätzlich besteht die Möglichkeit, das bei der exothermen Reaktion nicht umgesetztes Wasser H2O(l) einem ersten Behälter 7 zur Bevorratung und bei Bedarf einer erneuten exothermen Reaktion zuzuführen.The unreacted in the exothermic reaction, excess liquid water H 2 O (l) is directly by means of a second recirculation device ( 6 ) flow input side to the reactor 3 and / or the exhaust duct 2 fed to a renewed exothermic reaction. Alternatively or additionally, there is the possibility of the unreacted in the exothermic reaction of water H 2 O (l) a first container 7 for storage and, if necessary, a renewed exothermic reaction.

Das oder die bei der exothermen Reaktion entstehenden Nebenprodukte N, z. B. Natriummetaborat (NaBO2) bei der Verwendung von Natriumborhydrid (NaBH4) als Zusatzstoff Z, werden einem zweiten Behälter 8 zugeführt, so dass das oder die Nebenprodukte N separiert bevorratet werden und in einer einfachen Art und Weise einem Recycling- oder Entsorgungsprozess zugeführt werden können. Ein Fassungsvermögen des zweiten Behälters 8 ist dabei vorzugsweise derart ausgelegt, dass eine Entleerung des zweiten Behälters 8 insbesondere im Rahmen einer regelmäßigen Inspektion des Fahrzeuges vorgenommen werden kann. In einer nicht näher dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann der Recyclingprozess in einer in der mobilen Anwendung, insbesondere in dem Fahrzeug angeordneten Vorrichtung durchgeführt werden.The or by the exothermic reaction by-products N, z. As sodium metaborate (NaBO 2 ) in the use of sodium borohydride (NaBH 4 ) as additive Z, a second container 8th fed, so that the by-products or N separately stored and can be supplied to a recycling or disposal process in a simple manner. A capacity of the second container 8th is preferably designed such that an emptying of the second container 8th especially in the context of a regular inspection of the vehicle can be made. In a non-illustrated embodiment of the invention, the recycling process can be performed in an arranged in the mobile application, in particular in the vehicle device.

Das verbleibende Abgas A und das in diesem absorbierte Wasser H2O, insbesondere dampfförmiges Wasser H2O(d), werden über den Abgaskanal 2 an die Umgebung des Fahrzeuges abgegeben. Zusammenfassend wird durch den hohen Umsatz von flüssigem Wasser H2O(l) bei der exothermen Reaktion und mittels der Erwärmung des Abgases A mit der aus der exothermen Reaktion resultierenden Reaktionswärme wirkungsvoll eine Emission von flüssigem Wasser H2O(l) mit dem Abgas A der Brennstoffzelle 1 zumindest verringert oder vollständig verhindert, so dass eine Eisbildung auf einer Fahrbahn bei niedrigen Temperaturen vermieden wird.The remaining exhaust gas A and the absorbed water in this H 2 O, in particular vaporous water H 2 O (d) , via the exhaust duct 2 delivered to the environment of the vehicle. In summary, by the high conversion of liquid water H 2 O (l) in the exothermic reaction and by heating the exhaust gas A with the heat of reaction resulting from the exothermic reaction is effectively an emission of liquid water H 2 O (l) with the exhaust gas A. the fuel cell 1 at least reduced or completely prevented, so that ice formation on a roadway at low temperatures is avoided.

11
Brennstoffzellefuel cell
22
Abgaskanalexhaust duct
33
Reaktorreactor
44
Separationseinrichtungseparation device
55
Erste RezirkulationseinrichtungFirst recirculation
66
Zweite RezirkulationseinrichtungSecond recirculation
77
Erster Behälterfirst container
88th
Zweiter Behältersecond container
AA
Abgasexhaust
H2 H 2
Wasserstoffhydrogen
H2OH 2 O
Wasserwater
H2O(d) H 2 O (d)
Dampfförmiges Wasservapor form water
H2O(l) H 2 O (l)
Flüssiges Wasserliquid water
NN
Nebenproduktbyproduct
ZZ
Zusatzstoffadditive

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102005039061 A1 [0002] DE 102005039061 A1 [0002]

Claims (17)

Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff (H2), insbesondere in einem Brennstoffzellensystem eines Fahrzeuges, bei dem Wasserstoff (H2) aus einer exothermen Reaktion von Wasser (H2O) mit einem Zusatzstoff (Z) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass anhand einer bei der exothermen Reaktion entstehenden Reaktionswärme ein in einem Abgaskanal (2) geführtes kathodenausgangsseitiges Abgas (A) einer Brennstoffzelle (1) erwärmt wird.Process for the production of hydrogen (H 2 ), in particular in a fuel cell system of a vehicle, in which hydrogen (H 2 ) is produced from an exothermic reaction of water (H 2 O) with an additive (Z), characterized in that in the exothermic reaction resulting heat of reaction in an exhaust gas channel ( 2 ) guided cathode output side exhaust gas (A) of a fuel cell ( 1 ) is heated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das im Abgas (A) gebundene Wasser (H2O) und der Zusatzstoff (Z) im Abgaskanal (2) exotherm reagieren.A method according to claim 1, characterized in that in the exhaust gas (A) bound water (H 2 O) and the additive (Z) in the exhaust duct ( 2 ) react exothermically. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das im Abgas (A) gebundene Wasser (H2O) und der Zusatzstoff (Z) einem Reaktor (3), der ein geeignetes Katalysatormaterial enthält, zugeführt werden und dort exotherm reagieren.A method according to claim 1 or 2, characterized in that in the exhaust gas (A) bound water (H 2 O) and the additive (Z) a reactor ( 3 ), which contains a suitable catalyst material, are supplied and react there exothermically. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der exothermen Reaktion nicht umgesetztes, überschüssiges im Abgas (A) enthaltenes Wasser (H2O), der erzeugte Wasserstoff (H2) und Nebenprodukte (N) der exothermen Reaktion voneinander separiert werden.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the exothermic reaction unreacted, excess in the exhaust gas (A) contained water (H 2 O), the generated hydrogen (H 2 ) and by-products (N) of the exothermic reaction from each other be separated. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der exothermen Reaktion nicht umgesetzte Wasser (H2O) zu einer erneuten exothermen Reaktion strömungseingangsseitig dem Reaktor (3) und/oder dem Abgaskanal (A) zugeführt wird.Process according to Claim 4, characterized in that the water (H 2 O) which is not reacted in the exothermic reaction leads to a renewed exothermic reaction on the inlet side of the reactor ( 3 ) and / or the exhaust duct (A) is supplied. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der exothermen Reaktion nicht umgesetzte Wasser (H2O) einem ersten Behälter (7) zugeführt wird.Process according to Claim 4 or 5, characterized in that the water (H 2 O) not reacted in the exothermic reaction is present in a first container ( 7 ) is supplied. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenprodukte (N) der exothermen Reaktion einem zweiten Behälter (8) zugeführt werden.Method according to one of claims 4 to 6, characterized in that the by-products (N) of the exothermic reaction a second container ( 8th ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der bei der exothermen Reaktion erzeugte Wasserstoff (H2) der Brennstoffzelle (1) anodeneingangsseitig zugeführt wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the generated during the exothermic reaction of hydrogen (H 2 ) of the fuel cell ( 1 ) is supplied to the anode input side. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der exothermen Reaktion ein derart hoher Wasserumsatz und eine derart große Reaktionswärme erzeugt werden, dass eine Emission von flüssigem Wasser (H2O(l)) aus dem Abgaskanal (2) weitgehend vermieden wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the exothermic reaction such a high water conversion and such a large heat of reaction are generated that an emission of liquid water (H 2 O (l) ) from the exhaust gas channel ( 2 ) is largely avoided. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend einen Abgaskanal (2) zur Führung eines kathodenausgangsseitigen Abgases (A) einer Brennstoffzelle (1), wobei eine Reaktionseinrichtung zur Durchführung einer exothermen Reaktion zur Erzeugung von Wasserstoff (H2) vorgesehen ist.Apparatus for carrying out the method according to one of claims 1 to 9, comprising an exhaust gas channel ( 2 ) for guiding a cathode output side exhaust gas (A) of a fuel cell ( 1 ), wherein a reaction means for performing an exothermic reaction for generating hydrogen (H 2 ) is provided. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reaktor (3) mit einem geeigneten Katalysatormaterial zur Beschleunigung der exothermen Reaktion vorgesehen ist.Apparatus according to claim 10, characterized in that a reactor ( 3 ) is provided with a suitable catalyst material for accelerating the exothermic reaction. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (3) und/oder der Abgaskanal (2) die Reaktionseinrichtung bilden.Device according to claim 10 or 11, characterized in that the reactor ( 3 ) and / or the exhaust duct ( 2 ) form the reaction device. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Separationseinrichtung (4) zur Separation des erzeugten Wasserstoffes (H2), bei der exothermen Reaktion nicht umgesetzten Wassers (H2O) und weiterer Nebenprodukte (N) der exothermen Reaktion vorgesehen ist.Device according to one of claims 10 to 12, characterized in that a separation device ( 4 ) to separate the generated hydrogen (H 2 ), in the exothermic reaction of unreacted water (H 2 O) and further by-products (N) of the exothermic reaction is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Rezirkulationseinrichtung (5) zur anodeneingangsseitigen Rückführung des erzeugten Wasserstoffes (H2) in eine Brennstoffzelle (1) vorgesehen ist.Device according to one of claims 10 to 13, characterized in that a first recirculation device ( 5 ) for the anode-input-side recycling of the generated hydrogen (H 2 ) into a fuel cell ( 1 ) is provided. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Behälter (7) zur Bevorratung des nicht umgesetzten Wassers (H2O) vorgesehen ist.Apparatus according to claim 12 or 14, characterized in that a first container ( 7 ) is provided for storing the unreacted water (H 2 O). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Rezirkulationseinrichtung (6) zur Rückführung des nicht umgesetzten Wassers (H2O) zu einer erneuten exothermen Reaktion stromeingangsseitig in den Reaktor (3) und/oder in den Abgaskanal (2) vorgesehen ist.Device according to one of claims 13 to 15, characterized in that a second recirculation device ( 6 ) for returning the unreacted water (H 2 O) to a renewed exothermic reaction upstream of the reactor ( 3 ) and / or in the exhaust duct ( 2 ) is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Behälter (8) zur Aufnahme der Nebenprodukte (N) der exothermen Reaktion vorgesehen ist.Device according to one of claims 13 to 16, characterized in that a second container ( 8th ) is provided for receiving the by-products (N) of the exothermic reaction.
DE102008006740A 2008-01-30 2008-01-30 Method and device for generating hydrogen Withdrawn DE102008006740A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008006740A DE102008006740A1 (en) 2008-01-30 2008-01-30 Method and device for generating hydrogen
PCT/EP2009/000199 WO2009095155A1 (en) 2008-01-30 2009-01-15 Method and apparatus for production of hydrogen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008006740A DE102008006740A1 (en) 2008-01-30 2008-01-30 Method and device for generating hydrogen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008006740A1 true DE102008006740A1 (en) 2009-08-06

Family

ID=40527891

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008006740A Withdrawn DE102008006740A1 (en) 2008-01-30 2008-01-30 Method and device for generating hydrogen

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102008006740A1 (en)
WO (1) WO2009095155A1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005039061A1 (en) 2005-08-18 2007-01-04 Daimlerchrysler Ag Hydrogen production for fuel cells, comprises reaction of water with complex metal hydride, forming solid solution by-product in water, relaxation of the by-product solution, and partly separating the hydrogen from the by-product solution

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4843845B2 (en) * 2000-07-03 2011-12-21 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system and control method thereof
US6864002B1 (en) * 2001-10-19 2005-03-08 Christopher K. Dyer Fuel cell system and method for producing electrical energy
US7179443B2 (en) * 2003-02-26 2007-02-20 Daimlerchrysler Corporation Powder metal hydride hydrogen generator
US7901816B2 (en) * 2005-11-09 2011-03-08 Honeywell International Inc. Water reclamation in a micropower generator

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005039061A1 (en) 2005-08-18 2007-01-04 Daimlerchrysler Ag Hydrogen production for fuel cells, comprises reaction of water with complex metal hydride, forming solid solution by-product in water, relaxation of the by-product solution, and partly separating the hydrogen from the by-product solution

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009095155A1 (en) 2009-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3639314B1 (en) Device and method for producing electricity using hydrogen and a hydrogen storage medium
DE2949011C2 (en)
DE102017001056A1 (en) Method and device for generating electrical energy
EP1694598A2 (en) Reformer and method for reacting fuel and oxidant to reformate
DE102016224141B4 (en) Solid-state hydrogen storage device and solid-state hydrogen storage system
EP1082774B1 (en) Fuel cell system and method for generating electrical energy using a fuel cell system
DE10154637B4 (en) Fuel delivery unit and its use for providing a hydrogen-containing fuel
DE102005046746A1 (en) Method of providing energy
EP2047552B1 (en) Process for supplying a fuel cell with hydrogen by means of silanes or polysilanes
DE102008042480A1 (en) The hydrogen generating apparatus
EP2596541B1 (en) Hydrogen generation by means of hydrogenated polysilanes for operating fuel cells
DE102011014824A1 (en) Multi-fuel pyrolysis system for generating electrical power for e.g. mobile device, has pyrolysis reactor which pyrolyzes liquid, gaseous hydrocarbon mixtures or gas mixtures, and diesel fuel by anaerobic catalytic reaction
DE102009037883A1 (en) Method and device for generating electrical energy
EP2577786A1 (en) Method for producing energy, and the use of a substance mixture for producing energy
DE102009009848A1 (en) Housing, hydrogen generating device and this comprehensive fuel cell power generation system
DE102008006740A1 (en) Method and device for generating hydrogen
DE102006051674A1 (en) Fuel cell system and method for operating the same
DE102010056421A1 (en) Thermal dissociation of a pure gaseous substance, comprises converting the pure gaseous substance by input of energy from renewable energy sources into storable dissociation products and/or storable derived products
DE102006030449A1 (en) Reversible storage of hydrogen using inorganic as potassium carbonate and/or potassium hydrogen carbonate by supply of the inorganic in aqueous solution in reactor vessel, catalytic treatment of the inorganic and splitting of oxygen
DE102020215299A1 (en) hydrogen supply
DE102022201597A1 (en) Electrochemical and chemical synthesis of ammonia
DE102017204981A1 (en) Method for operating a device for the electrochemical conversion of energy, and device which is operated by such a method
DE102011089656A1 (en) Method for storing energy which is present in the form of electric current or heat in a reactant gas mixture and an apparatus for carrying out this method
DE102015216037A1 (en) Process for providing a synthesis gas
EP2188206B1 (en) Storage arrangement for the reversible storage of hydrogen and method for operating such a storage arrangement

Legal Events

Date Code Title Description
R005 Application deemed withdrawn due to failure to request examination
R005 Application deemed withdrawn due to failure to request examination

Effective date: 20150131