Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR STORING ENERGY IN THE FORM OF HYDRAZINE CARBONATE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/095458
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for storing energy in the form of hydrazine carbonate and subsequent reconversion of the hydrazine carbonate into reusable energy, in which sea water is first used in an electrolysis method to produce hypochlorite, the hypochlorite reacting to form hydrazine by the introduction of ammonia, by means of the formation monochloramine, and subsequently the hydrazine reacts to form hydrazine carbonate by the introduction of carbon dioxide, the hydrazine carbonate releasing hydrogen or at least one hydrogen-containing gas by reaction on a catalyst free of noble metal, in order to release the stored energy, and the hydrogen or the gas containing at least hydrogen is to be supplied to a fuel cell or burned in order to emit the reusable energy. The invention also relates to the use of sea water, ammonia and carbon dioxide for the production of hydrazine carbonate.

Inventors:
HOLWEGER WALTER (DE)
WEGENER MORITZ (DE)
MUSAYEV YASHAR (DE)
Application Number:
PCT/DE2017/100808
Publication Date:
May 31, 2018
Filing Date:
September 22, 2017
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG (DE)
International Classes:
C01B21/16; C07C281/00; C25B3/25; H01M8/00
Foreign References:
AT514461A12015-01-15
US3077383A1963-02-12
DE3030324A11981-07-30
AT516196A12016-03-15
AT514461A12015-01-15
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1 . Verfahren zur Speicherung von Energie in Form von Hydrazincarbonat und anschließende Rückumwandlung des Hydrazincarbonats in verwertbare Energie, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst Meerwasser in einem Elektrolyseverfahren zur Herstellung von Hypochlorit verwendet wird, wobei das Hypochlorit durch Einleitung von Ammoniak über die Bildung von Monochloramin zu Hydrazin reagiert, und wobei anschließend das Hydrazin durch Einleitung von Kohlenstoffdioxid zu Hydrazincarbonat reagiert, wobei das Hydrazincarbonat zur Freigabe der gespeicherten Ener- gie durch Reaktion an einem edelmetallfreien Katalysator Wasserstoff oder zumindest ein Wasserstoff enthaltendes Gas freigibt, und wobei der Wasserstoff oder das zumindest Wasserstoff enthaltende Gas zur Abgabe der verwertbaren Energie dazu vorgesehen ist, einer Brennstoffzelle zugeführt oder verbrannt zu werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass nach der Reaktion des Hydrazincarbonats an dem edelmetallfreien Katalysator ein Separationsschritt zur Anreicherung des Wasserstoffs vorgesehen wird. 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoff oder zumindest das Wasserstoff enthaltende Gas einer Niedertemperaturbrennstoffzelle zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenstoffdioxid aus einem Abgasstrom einer Verbrennungsanlage entnommen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass als edelmetallfreier Katalysator ein Katalysator aus oxidischen Werkstoffen verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Meerwasserelektrolyse zur Herstellung von Hypochlorit verwendete Energie aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen wird. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrazincarbonat zur Freigabe der gespeicherten Energie durch Reaktion an dem edelmetallfreien Katalysator auf weniger als 100°C erwärmt wird. 8. Verwendung von Meerwasser, Ammoniak und Kohlenstoffdioxid zur Herstellung von Hydrazincarbonat.

Description:
Verfahren zur Speicherung von Energie in Form von Hydrazincarbonat

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Speicherung von Energie in Form von Hydrazincarbonat und zur anschließenden Rückumwandlung des Hydrazincarbonats in verwertbare Energie.

Aus der AT 514 461 A1 geht ein Verfahren zur Speicherung von Energie in Form von Hydrazincarbonat und anschließende Rückumwandlung des Hydrazincarbonats in verwertbare Energie hervor. Mit Hilfe von Energie und unter Zuführung von Stickstoff und Kohlendioxid wird unter Anwesenheit eines Übergangsmetallkatalysators, der die Aktivierungsenergie der stabilen Stickstoff -Stickstoff Dreifachbindung vermindert, in einem Elektrolyseverfahren in Wasser Hydrazincarbonat hergestellt. Die Anode ist dabei mit einem sauerstoffundurchlässigen Diaphragma umgeben. Ein Metallsalz wird als Inhibitor einer hydrogenolytischen Spaltung des Hydrazins eingesetzt. Das Hydrazincarbonat wird in Form eines Feststoffs oder in Form einer konzentrierten Lösung aus der Mischung isoliert, wobei das Hydrazincarbonat später thermisch zersetzt wird, um die Energie durch Verbrennung des Wasserstoffs oder durch Verwendung des Wasserstoffs in einer Brennstoffzelle wieder zu gewinnen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kostengünstiges und großtechnisch verwendbares Verfahren zur dauerhaften Speicherung von Energie in Form von Hydrazincarbonat sowie die anschließende Rückumwandlung des Hydrazincarbonats in verwertbare Energie vorzuschlagen. Insbesondere besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine nachhaltige Energiespeicherung ausgehend von gut verfügbaren Rohstoffen zu schaffen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Speicherung von Energie in Form von Hydrazincarbonat und die anschließende Rückumwandlung des Hydrazincarbonats in verwertbare Energie, wird zunächst Meerwasser in einem Elektrolyseverfahren zur Herstellung von Hypochlorit verwendet, wobei das Hypochlorit durch Einleitung von Ammoniak über die Bildung von Monochloramin zu Hydrazin reagiert, und wobei anschließend das Hydrazin durch Einleitung von Kohlenstoffdioxid zu Hydrazincarbonat reagiert, wobei das Hydrazincarbonat zur Freigabe der gespeicherten Energie durch Reaktion an einem edelmetallfreien Katalysator Wasserstoff oder zumindest ein Wasserstoff enthaltendes Gas freigibt, und wobei der Wasserstoff oder das zumindest Wasserstoff enthaltende Gas zur Abgabe der verwertbaren Energie dazu vorgesehen ist, einer Brennstoffzelle zugeführt oder verbrannt zu werden. Insbesondere ist das Wasserstoff enthaltende Gas ein Gasgemisch aus zumindest Wasserstoff und Stickstoff.

Sowohl das Hydrazin als auch das Hydrazincarbonat sind aus dem allgemein bekannten Stand der Technik als auch aus der eingangs genannten AT 514 461 A1 bekannt. Demnach weist Hydrazin eine wässrige Form auf und wird großtechnisch vor allem als Reduktionsmittel und als Radikalfänger verwendet. Hydrazincarbonat ist ein nichtflüchtiges, in Wasser lösliches Salz, das in der chemischen Industrie als Antioxidans verwendet wird. Das Meerwasser (H2O) wird durch Meerwasserelektrolyse zur Herstellung von Hypochlorit (OCI " ) verwendet. Dabei finden die nachfolgenden Reaktionen statt:

Kathodenreaktion: 2H 2 0 + 2e " -► H 2 + 20H "

Anodenreaktion: 2Cr - 2e " -► CI2,

Reaktion 1 : CI2 + 20H -► H2O + OCI- + CI -

Die in der Meerwasserelektrolyse zur Herstellung von Hypochlorit verwendete Energie wird vorzugsweise aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen. Insbesondere setzt sich diese Energie aus Windkraftenergie, Sonnenenergie und/oder Bioenergie zu- sammen.

Das Hypochlorit reagiert durch Einleitung von Ammoniak (NH3) über die Bildung von Monochloramin (NH2CI) zu Hydrazin (N2H 4 ). Mit anderen Worten wird zunächst gasförmiges Ammoniak in die Hypochlorit umfassende wässrige Lösung eingeleitet, wo- bei gemäß Reaktion 2 neben Wasser auch Monochloramin gebildet wird.

Reaktion 2: NHs + HOCI -+ NH2CI + H2O Gemäß einer darauffolgenden Reaktion 3 reagiert das Monochloramin mit dem Ammoniak und bildet neben Wasserstoff Chlorid (HCl) auch Hydrazin.

Reaktion 3: NH2CI + NHs -► N 2 H 4 + HCl

Anschließend reagiert gemäß Reaktion 4 das Hydrazin durch die Einleitung von Kohlenstoffdioxid (CO2) zu Hydrazincarbonat ((N2Hs)2C03).

Reaktion 4: N 2 H 4 + CO2 -► (N 2 H 5 )2C03

Vorzugsweise wird das Kohlenstoffdioxid aus einem Abgasstrom einer Verbrennungsanlage entnommen. Beispielsweise wird der Abgasstrom durch ein Kohlekraftwerk erzeugt. Besonders vorteilhaft ist die Ausnutzung der hohen Konzentration von Kohlenstoffdioxid im Abgasstrom der Verbrennungsanlage.

Das Hydrazincarbonat dient als stabiler, dauerhafter Speicher für Wasserstoff (H2). Zur Freigabe der im Hydrazincarbonat gespeicherten Energie wird ein edelmetallfreier Katalysator verwendet, wobei gemäß Reaktion 5 der Wasserstoff oder zumindest das Wasserstoff enthaltende Gas freigegeben wird.

Vorzugsweise wird als edelmetallfreier Katalysator ein Katalysator aus oxidischen Werkstoffen, wie beispielsweise aus AI2O3, Cu-dotiertem AI2O3 oder einem Calcium- Aluminium-Silikat wie CaAl2Si308(OH) 4 H20, verwendet. An einem solchen edelmetallfreien Katalysator, wie beispielsweise CaAl2Si308(OH) 4 H20, wird das Hydrazincarbo- nat, insbesondere bei Temperaturen im Bereich von 100 bis 150 °C, in Wasserstoff, CO2 und Wasser zersetzt. Insbesondere weist der Katalysator eine hohe Porosität auf. Die Porosität dient insbesondere dazu, die reaktive Oberfläche des Katalysators zu vergrößern. Reaktion 5: (N 2 H 5 )2CO3 -► N2+ H2+ CO2+ H2O

Bevorzugt wird nach der Reaktion des Hydrazincarbonats an dem edelmetallfreien Katalysator ein Separationsschritt zur Anreicherung des Wasserstoffs vorgesehen. Insbesondere ist der Separationsschritt dazu vorgesehen, den Wasserstoff vom Stick- stoff zu trennen. Bei dem gemäß Reaktion 5 freigegebenen Kohlenstoffdioxid handelt es sich um das zuvor eingebrachte und in dem Hydrazincarbonat reversibel gebundene Kohlenstoffdioxid. Mithin ist das erfindungsgemäße Verfahren C02-neutral. Das Hydrazincarbonat wird zur Freigabe der gespeicherten Energie, insbesondere zur Freigabe des Wasserstoffs oder zur Freigabe des zumindest das Wasserstoff enthaltende Gas durch Reaktion an dem edelmetallfreien Katalysator auf weniger als 100°C erwärmt. Bevorzugt wird der Wasserstoff oder zumindest das Wasserstoff enthaltende Gas einer Brennstoffzelle zugeführt oder verbrannt, um die verwertbare Energie Ab- zugeben. Beispielsweise wird der Wasserstoff oder zumindest das Wasserstoff enthaltende Gas einer Niedertemperaturbrennstoffzelle zugeführt.

Die Nutzung des Wasserstoffs in Brennstoffzellen wirkt insbesondere der Diskontinuität der Stromversorgung durch erneuerbare Energiequellen entgegen. Ferner kann der im Hydrazincarbonat gespeicherte Wasserstoff sowohl für Brennstoffzellen in stationären Anwendungen als auch für Brennstoffzellen in mobilen Anwendungen wie PKW, LKW, Schiffen und Flugzeugen genutzt werden.

Erfindungsgemäß erfolgt die Verwendung von Meerwasser, Ammoniak und Kohlen- stoffdioxid zur Herstellung von Hydrazincarbonat.