Loop-Reaktor zur Erzeugung und Speicherung von Wasserstoff durch Reaktion von Eisen mit Wasser

Iron-H2(O)

Die klimaneutrale Wasserstoffproduktion ist einer der Schlüssel zur Erreichung der globalen Klimaziele. Die Wasser/Eisen-Reaktionsroute (3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2) ermöglicht grundsätzlich eine direkte Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser, ohne den Einsatz fossiler Brennstoffe. Da Eisen ein weit verbreitetes und kostengünstiges Element ist, könnte die genannte Reaktionsroute eine kostengünstige und nachhaltige Methode zur Wasserstofferzeugung darstellen. Zudem kann der Wasserstoff je nach Bedarf sowohl produziert als auch eingespeichert werden. Der Reaktionsweg birgt somit das Potential einer kontinuierlichen Energieversorgung, was insbesondere für den Ausgleich von Schwankungen in der erneuerbaren Energieerzeugung wichtig ist.

In dem von der KIT-Academy for Responsible Research, Teaching, and Innovation (ARRTI) geförderten Vorhaben, soll ein Loop-Reaktor mit einer maßgeschneiderten Fe-Matrix mit hoher Zyklen-Stabilität entwickelt werden, der auf eine dezentrale, schnelle und saubere Wasserstoffproduktion aus Wasserdampf durch Umwandlung von Fe in Fe3O4 abzielt.

Der chemische Kreislauf ermöglicht die Regeneration der reversiblen komplexen porösen Struktur (CPS) von Fe3O4 zu Fe mit überschüssigem H2 aus erneuerbaren Quellen. Unser Reaktorkonzept bietet die folgenden Vorteile:

  • Schnelle Wasserstoffversorgung bei Bedarf - auch ohne Solar- und Windstrom, ein großer Vorteil gegenüber Wasserelektrolyse, mikrobieller Fermentation und/oder solarer Wasserspaltung.
  • Potenzial für Wasserstoffspeicherung durch Regeneration der Fe3O4-Matrix. In anderen technischen Prozessen ist die Speicherung von H2 ist aufgrund der geringen volumetrischen Energiedichte eine nicht trivial. Darüber hinaus ist Wasserstoff leicht entflammbar und erfordert spezielle Lagerungs- und Handhabungsverfahren, um Sicherheit zu gewährleisten.
  • Verunreinigungsfreie H2-Produktion im Vergleich zur Biomassevergasung.
Abbildung 1. Skizze des Loop-Reaktors und der Gesamtreaktion

Antragsteller und Kontaktpersonen:

Fabian Hagen und Björn Stelzner