Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hydrierbaugruppe nach Anspruch 1 , eine Dehydrierbaugruppe nach Anspruch 13, eine Anordnung zur Bereitstellung von Energie nach Anspruch 20 und ein Verfahren zur Energieversorgung nach Anspruch 25.

Die Verwendung von Brennstoffzellen zur Gewinnung von elektrischem Strom durch Oxidation von Wasserstoff ist weitgehend bekannt und findet in den verschiedensten Bereichen Anwendung. Ein wesentlicher und kritischer Aspekt bei der Verwendung von Brennstoffzellen ist die Lagerung bzw. Speicherung von Wasserstoff, der bekanntlich in Gegenwart von Sauerstoff extrem explosiv ist.

Bisher sind eine Reihe von Wasserstoff speicherverfahren untersucht worden: adsorptiv, absorptiv, als Flüssigkeit, als hochverdichtetes Gas. Der Nachteil aller Verfahren ist deren niedrige Energiedichte pro Volumen und die zum Teil hohen Kosten des Trägers.

Die bisher gängigen Verfahren der Lagerung von Wasserstoff als Flüssigkeit bei sehr niedrigen Temperaturen und unter hohem Druck repräsentieren technische Lösungen, die so nur schwer z.B. in Kraftfahrzeuge oder auch in Wasserfahrzeuge eingebaut werden können.

So sind Behälter mit komprimiertem Wasserstoff schwer zu dichten und Wasserstoff explodiert oder detoniert mit Druckwellen >1000 m/s in fast jeder Mischung von 4-75% mit Luft. Zudem ist die Mindestzündenergie niedriger als bei anderen gasförmigen Stoffen. Wasserstoff ist als hochentzündlich (F+) eingestuft und kann sich bei hohen Austrittsgeschwindigkeiten, wie auch im Fall von anderen Gasen, selbst entzünden. Der Formelumsatz bei der Explosion mit Luft ist mit 286 kJ/mol sehr hoch. Entsprechend könnten bereits kleinste Funken den Tankinhalt zur Explosion bringen.

Flüssiger Wasserstoff braucht Temperaturen bis zum Tripelpunkt des Wasserstoffs. Diese sehr niedrigen Temperaturen bewirken trotz bester Isolation eine Wärmezufuhr und damit die Bildung von gasförmigem Wasserstoff, der abgelassen oder verbrannt werden muss, wenn der Wasserstoff nicht gebraucht wird. Wird der Energievorrat eines z.B. mit Diesel betriebenen Schiffes aus unterschiedlichsten Gründen beschädigt, schwimmt Diesel aufgrund seiner Dichte und geringen Wasserlöslichkeit sofort an die Oberfläche.

Wird der Energievorrat z.B. eines mit flüssigem Wasserstoff betriebenen Schiffes beschädigt, steigt der Wasserstoff aufgrund seiner extrem geringen Dichte und Löslichkeit sofort an die Oberfläche. Das gleiche gilt für ein Schiff mit Druckwasserstoff-Energiespeicher.

Wird der Energievorrat eines mit Wasserstoff aus Metallhydriden betriebenen Schiffes beschädigt, kommt es zu einer heftigen chemischen Reaktion unter Bildung von Wasserstoff.

Alle Szenarien würden zu einer massiven Beeinträchtigung des Schiffbetriebes führen.

Gegenwärtig wird z.B. in den U-Booten der Marine der Wasserstoff mittels Metallhydriden gespeichert. Beispiele hierfür sind Aluminium, Magnesium, Palladium, LaNi5 und TiNi-Ti2Ni. Die Metalle, auch wenn sie als Schäume ausgebildet sind, erhöhen das Gewicht des Speichers beträchtlich. Die sogenannten Niedertemperatur-Metall-Hydride weisen nur relativ geringe Plateau-Breiten (Beladung bei konstantem Druck) und niedrige Speicherdichten von etwa 1 ,5 MJ/kg (1 ,2 Ma%) auf. Mit Hochtemperatur-Metallhydriden können höhere Speicherdichten von etwa 3,3 bis 3,4 Ma% bezogen auf das Systemgewicht (4 MJ/kg) erzielt werden, diese lassen sich jedoch in einem regelmäßig beengten Unterwasserfahrzeug schwer gegen die Umgebung isolieren. Steht ein Metall mit dem Wasserstoffgas im Gleichgewicht, so wird anfänglich Wasserstoff im Metall auf Zwischengitterplätzen gelöst (Festkörperlösung). In dieser Lösungsphase (alpha-Phase) steigt bei kleiner Konzentration der Wasserstoffdruck an. Erreicht die Konzentration einen bestimmten Wert (ungefähr 0,1 Wasserstoffatom pro Metallatom), beginnt sich die Hydridphase (beta-Phase) aus der Lösungsphase zu bilden. Im Bereich der Koexistenz von Lösungsphase und Hydridphase wächst die Konzentration bei konstantem äusserem Druck (Plateau). Nachdem die Hydridphase vollständig ausgebildet ist, kann weiter Wasserstoff in der Hydridphase gelöst werden. Der Gleichgewichtsdruck steigt jetzt wieder mit der Konzentration an. Der Plateaudruck und die Plateaulänge in den Druck- Konzentrations-Isothermen sind temperaturabhängig und erlauben somit das Be- und Entladen. Die Wasserstoff-Absorption und -Desorption verlaufen nicht beliebig schnell; die Reaktion beinhaltet mehrere aufeinanderfolgende Schritte: Diffusion im Gas, Chemisorption und Dissoziation des Moleküls, Diffusion im Metallgitter, Nukleation und Wachstum der Hydridphase. Der langsamste Schritt bestimmt die Kinetik der Wasserstoff-Absorption und - Desorption. Das Wasserstoffatom ist zwar klein und wird durch die chemische Bindung an das Metall noch kleiner, dennoch verspannt und verzerrt der Einbau des Wasserstoffatoms das Metallgitter gewaltig. Das Kristallgitter des Metallhydrids ist im Vergleich zum Gitter des reinen Metalls um 10 bis 20 Vol.-% gedehnt. Die Dehnung erfolgt oft anisotrop, das heißt, das Metall dehnt sich in die verschiedenen Kristallrichtungen unterschiedlich stark aus. Dies führt zum Bruch der Partikel. Bisherige Metallhydridspeicher besitzen daher häufig Feinfilter zur Zurückhaltung feiner Partikel, die bei der Entladung des Speichers ausgetragen würden. Das macht Metallhydridspeicher teuer und nicht beliebig oft beladbar.

Zur Vermeidung der Nachteile der gegenwärtig genutzten Metallhydrid-Speicher, Flüssig- Speicher und Druckgasspeicher für Wasserstoff ist daher wünschenswert ein System zu entwickeln, das

• Weitgehend autark arbeitet,

• Weitgehend drucklos arbeitet,

• Keine hohe Wärmeentwicklung wie Metallhydride hat, so dass der Wirkungsgrad Ladung/Entladung hoch ist,

• Schädigungen des Tanks toleriert,

• Eine hohe Speicherdichte bei niedrigem Druck hat,

• Sehr häufig be- und entladbar ist ohne Feinststaubbildung, und

• In einer nicht-explosiven Form im Speicher vorliegt.

Es ist daher wünschenswert, eine Technologie für die Energieversorgung im Allgemeinen und von Kraftfahrzeugen und Schiffen im Speziellen unter Verwendung von Brennstoffzellen bereitzustellen, die die Risiken des reinen Wasserstoffs bei niedrigen Temperaturen oder unter Druck bzw. die Verwendung von Metallhydriden vermeidet.

Alternative Speicherungsformen für Wasserstoff zu den oben beschriebenen sind bekannt. Sie werden z.B. in der EP 1475349 A1 verschiedene aromatische Verbindungen, insbesondere kondensierte polycyclische Kohlenwasserstoffe beschrieben, die zur Verwendung als Wasserstoffspeicher einsetzbar sind. Die beschriebenen Substanzen werden hier insbesondere in mobilen Landfahrzeugen oder stationär an Land eingesetzt.

Grundlage der Wirkungsweise von kondensierten polycyclischen Kohlenwasserstoffen, die über ein ausgedehntes ττ-konjugiertes Elektronensystem verfügen, ist deren Eigenschaft, bei moderaten Temperaturen in Gegenwart eines geeigneten Katalysators einer Hydrierungsreaktion zu unterliegen. Dabei wird Wasserstoff unter Sättigung der ungesättigten Doppelbindungen in die Substanz eingebaut (hydriert). Der mittels Hydrierung eingebaute Wasserstoff kann im Folgenden in der Rückreaktion lediglich durch Temperaturerhöhung und/oder Reduzierung des Wasserstoffdruckes wieder aus dem hydrierten Produkt unter Regenerierung der aromatischen Substanz gewonnen werden.

Beispielhaft sei hier auf die Hydrierung / Dehydrierung von N-Ethylcarbazol (NEC) hingewiesen. Dabei wird N-Ethylcarbazol (NEC) als Edukt zur Perhydro-Form (H12-NEC) gemäß dem folgenden Reaktionsschema umgesetzt.

Die energiereiche Form (beispielsweise H12-NEC) und die energiearme Form (beispielsweise NEC) werden gemeinschaftlich auch als LOHC (Flüssiger Organischer Wasserstoffträger) bezeichnet.

Die Speicherdichte für Wasserstoff ist dieser Reaktion volumenmäßig gleichzusetzenmit einem mit Wasserstoff gefüllten 700 bar Tank, jedoch bei Umgebungsbedingungen.

Die Energieversorgung durch Solarzellen und/oder Windräder ist zurzeit die attraktivste Möglichkeit für die regenerative Energieversorgung. Obwohl Solarzellen und/oder Windräder die attraktivste Form der erneuerbaren Stromerzeugung sind, hat diese Technologie den Nachteil, dass der produzierte Strom nicht sinnvoll zwischengespeichert werden kann, sondern direkt verbraucht werden muss. Eine kostengünstige Möglichkeit photovoltaischen Strom kurz- oder mittelfristig zu speichern ist daher ein essentieller Schritt, um einen autarken Betrieb von stationären oder mobilen Einrichtungen, wie z.B. Gebäuden, Kraftfahrzeugen oder auch Schiffen unabhängig von fossilen Brennstoffen zu ermöglichen.

Es ist demnach wünschenswert, eine Technologie für die Energieversorgung von stationären oder mobilen Einrichtungen unter Verwendung von Brennstoffzellen bereitzustellen, die eine sichere und zudem autarke Versorgung der Einrichtung wie z.B. eines Schiffes mit Energie ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die folgende Anordnung und Verfahren gelöst.

Demnach umfasst die Anordnung zur Bereitstellung von Energie für stationäre und/oder mobile Einrichtungen a) mindestens eine Anlage zur Bereitstellung eines elektrischen Stroms z.B. in Form einer erneuerbaren Energiequelle oder eines Anschlusses an ein externes elektrisches Netz, b) mindestens eine Hydrierbaugruppe zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasser unter Verwendung des elektrischen Stroms aus der energieerzeugenden Anlage und mindestens teilweisen Hydrierung von mindestens einem Substrat S in Form eines flüssigen Wasserstoffträgers (LOHC) unter Ausbildung von einem zumindest teilweise hydrierten Substrat SH ₂ , c) mindestens einen ersten Speichertank zur Speicherung des zumindest teilweise hydrierten Substrates SH ₂ , und d) mindestens eine Dehydrierbaugruppe zur mindestens teilweisen Dehydrierung des zumindest teilweise hydrierten Substrates SH ₂ unter Freisetzung von Wasserstoff, und zur Oxidation des freigesetzten Wasserstoffs unter Freisetzung von Energie.

Es werden somit folgende Funktionselemente für die Energieversorgung von stationären und mobilen Einrichtungen, wie z.B. für den Antrieb von Schiffen oder der Energieversorgung von Häusern gekoppelt bzw. kombiniert:

- Speicherung des Wasserstoffs drucklos in einer schwer entflammbaren Flüssigkeit, der energiereichen Form,

- Brennstoffzelle zur Verstromung des Wasserstoffes,

- hohe Energiedichte im Speicher,

- autarke Energieversorgung.

Der Vorteil der vorliegenden Anordnung und des im Weiteren beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass der Raumbedarf einer derartigen Anlage gering ist. Dadurch ist z.B. eine optimale Nutzung auch von relativ geringen Räumen wie z.B. auf einem Schiff durch drucklose Tanks bei hoher Energiedichte möglich. Diese Tanks können jede gewünschte Form annehmen. Auch bietet die vorliegende Anordnung die Möglichkeit eines modularen Aufbaus; es können kleine Komponenteneinheiten verwendet werden, wodurch eine Anpassung an den jeweilig vorhandenen Raum bzw. Standort möglich ist und kostenintensive Umbaumaßnahmen vermieden werden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der für die Energieerzeugung wesentliche Faktor Wasserstoff im Gegensatz zu vielen bisher bekannten Verfahren und Modellen nicht in großen Mengen vorhanden sein muss, sondern in einer chemischen Substanz sicher und drucklos in einer vorhandenen Infrastruktur zeitlich unlimitiert gespeichert werden kann.

Als Energiequelle bzw. energieerzeugende Anlage kann eine photovoltaische Anlage bevorzugt mit mehreren Solarzellenpaneelen verwendet werden. Diese Solarpaneele sollten bevorzugt so angeordnet sein, dass eine größtmögliche Ausbeute der Sonneneinstrahlung gewährleistet ist. Bei Anwendung der Anordnung auf mobilen Einrichtungen wie z.B. Schiffen können die Solarpaneele z.B. jeweils auf den verschiedenen Schiffsdecks, seitlich aufklappbar an der Schiffseite oder in Form einer ausziehbaren Plane u.ä. angeordnet werden. Dabei ist eine Anordnung der Solarpaneele in einem Winkel zur Sonne zwischen 45° und 135°, insbesondere 90° bevorzugt.

Es ist aber ebenso denkbar, dass die Energieversorgung für die vorliegende Anordnung, insbesondere für die Hydrierbaugruppe, durch einen elektrischen Netzversorger über ein konventionelles Stromnetz erfolgt. Dies ist insbesondere bei einer stationären Verwendung der vorliegenden Anordnung bei geringen Wind, Sonnenschein oder in der Nacht der Fall.

Da sowohl das hydrierte als auch das dehydrierte Substrat bevorzugt in flüssiger Form vorliegt, ist es vorteilhaft die Substrate nicht nur zur Wasserstoff- und somit zur Energieverwendung einzusetzen.

Vielmehr bietet die vorliegende, autark arbeitende Anordnung die Möglichkeit das flüssige Substrat z.B. auch zur Stabilisierung eines Schiffes einzusetzen. So werden die Speichertanks für das flüssige Substrat bevorzugt an der Stelle im Schiff angeordnet, wo das Gewicht zur Gewährleistung einer stabilen Fahrweise benötigt wird. Bevorzugt werden die Speichertanks so niedrig wie möglich im Schiff eingebaut, da der Schwerpunkt des Schiffes idealerweise so niedrig wie möglich liegen sollte. Ebenso müssen die Tanks„ausbalanciert" werden, damit die Längsstabilität gewährleistet ist. In einer Ausführungsform weist die vorliegende Anordnung mindestens einen Vorratstank für Wasser, insbesondere destilliertes und/oder entionisiertes Wasser, zur Bereitstellung von Wasser für den Elektrolyseur auf.

In einer weiteren Ausführungsform kann die vorliegende Anordnung mindestens einen weiteren Vorratstank für Sauerstoff oder Luft zur Bereitstellung von Sauerstoff oder Luft für die in der im Folgenden beschriebenen Dehydrierbaugruppe vorgesehene Brennstoffzelle aufweisen.

Die in der vorliegenden Anordnung verwendete Hydrierbaugruppe zur Erzeugung von Wasserstoff und Hydrierung von mindestens einem Substrat S ist in einem Gehäuse untergebracht ist, und umfasst mindestens einen Elektrolyseur zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasser unter Verwendung des elektrischen Stroms aus mindestens einer energieerzeugenden Anlage und mindestens einen mit dem Elektrolyseur in Verbindung stehenden Hydrierreaktor zur mindestens teilweisen Hydrierung des mindestens einen Substrates S in Form eines flüssigen Wasserstoffträgers (LOHC) unter Verwendung des in dem mindestens einen Elektrolyseur gebildeten Wasserstoffs unter Ausbildung eines zumindest teilweise hydrierten Substrates SH ₂ .

Entsprechend ist vorgesehen, dass der mindestens eine Elektrolyseur und der mindestens eine Hydrierreaktor derart dimensioniert sind, dass die Hydrierbaugruppe in einem Gehäuse unterbringbar ist. So kann die Hydrierbaugruppe aus Elektrolyseur und Hydrierreaktor in einem 19" Schrank (sog. Server-Rack) eingebunden sein. Entsprechend kann das Gehäuse bzw. der Schrank eine genormte Breite von 19 Zoll (482,6 mm) aufweisen.

Es ist aber auch vorstellbar und denkbar, die Breite des Schrankes zu modifizieren. So kann die Breite des Schrankes bis zu 600 mm, bevorzugt bis zu 700 mm, insbesondere bevorzugt bis zu 800 mm betragen. Die Schranktiefe beträgt in einer Ausführungsform zwischen 600 und 1200 mm. Bevorzugt sind Bautiefen von 600 mm, 800 mm, 1000 mm oder 1200 mm. Typische Schränke bieten einen Netto-Raum von bis zu 42 HE (HE = Höheneinheit, 1 HE = 44,45 mm). Typischerweise kann ein vorliegend verwendeter Schrank eine Au ßenhöhe zwischen 15 HE (770 mm) und 45 HE (2105 mm), bevorzugt zwischen 18 HE (900mm) und 42 HE (1970 mm) aufweisen. Bevorzugte Außenhöhen sind: 15 HE (770 mm), 18 HE (900 mm), 22 HE (1080 mm), 27 HE (1200 mm), 30 HE (1350 mm), 37 HE (1750 mm), 42 HE (1970 mm), 45 HE (2105 mm). Es ist auch möglich, mehrere Schränke mit jeweils einer Hydrierbaugruppe parallel zueinander anzuordnen. Die zum Einsatz kommenden Gehäuse weisen typischerweise auch eine passive Belüftung mit Perforationen oben und unten im Schrank auf. Je nach Nutzung kann eine aktive Belüftung im Boden oder im Deckel, z.B. in Form von 2, 4 oder 6 Lüftungskassetten eingesetzt werden.

Das Gehäuse ist bevorzugt in Form eines Quaders mit rechteckigen Seitenflächen (je zwei großflächige und zwei kleinflächige Seitenplatten), einem Gehäuseboden und einer Gehäusedecke ausgebildet. Die Seitenflächen, Gehäuseboden und Gehäusedecke sind jeweils als bewegliche Platten vorgesehen. So können diese beweglichen Platten in einem entsprechenden, einen Quader bildenden Rahmen z.B. aus Schienen beweglich angeordnet sein.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Hydrierbaugruppe aus dem mindestens einen Elektrolyseur und dem mindestens einen Hydrierreaktor an mindestens einer der Seitenflächen, insbesondere an einer der großflächigen Seitenflächen bzw. Seitenplatten, befestigbar ist. Aufgrund der Beweglichkeit der Platten ist es demnach möglich die an der Seitenplatte befestigte Hydrierbaugruppe aus dem Gehäuserahmen zu entfernen.

In den Seitenplatten des Gehäuses sind ebenfalls die notwendigen Anschlüsse z.B. zur Energiezufuhr, Wasserzufuhr oder Substratzufuhr vorgesehen.

In einer Ausführungsform der Hydrierbaugruppe aus dem mindestens einen Elektrolyseur und dem mindestens einen Hydrierreaktor ist die selbige in dem Gehäuse mit einem vorbestimmten Abstand zum Gehäuseboden angeordnet. Dieser vorbestimmte Abstand zum Gehäuseboden ermöglicht die Anordnung von Mitteln zur Steuerung der Hydrierbaugruppe in dem Gehäuse. Die Mittel zur Steuerung der Hydrierbaugruppe bestehen typischerweise aus elektronischen Komponenten. Des Weiteren können zwischen Steuerungsmittel und Hydrierbaugruppe die für den Betrieb der Hydrierbaugruppe notwendigen Pumpen und Ventile vorgesehen sein.

Entsprechend kann die Anordnung der einzelnen Komponenten von oben nach unten in dem Gehäuse wie folgt beschrieben werden: auf dem Gehäuseboden ist die Elektronik zur Steuerung der Hydrierbaugruppe vorgesehen. Darüber folgen die zum Betrieb der Hydrierbaugruppe notwendigen Pumpen und Ventile. In den oberen zwei Dritteln des Gehäuses ist dann die Hydrierbaugruppe aus Elektrolyseur und Hydrierreaktor vorgesehen. Die gestaffelte Anordnung der einzelnen Komponenten im Gehäuse beugt dem Problem einer möglichen Gefährdung durch den im Elektrolyseur gebildeten Wasserstoff vor. Auch wenn Elektrolyseur und Hydrierreaktor dicht miteinander verbunden sind, kann ein Austritt von geringen Mengen an Wasserstoff, insbesondere auch bei Wartungsarbeiten, nicht vollständig ausgeschlossen werden. Entsprechend ist es sinnvoll, die Steuerungselektronik (die ein bestimmtes Funkenpotential besitzt) am Gehäuseboden mit Abstand von der Hydrierbaugruppe anzuordnen, so dass der typischerweise nach oben aufsteigende gasförmige Wasserstoff erst gar nicht in die Nähe der Steuerungselektronik gelangt. Zusätzlich ist am Gehäuseboden eine Luftzufuhr vorgesehen, die einen konstanten Luftstrom durch das Gehäuse von unten nach oben bewirkt, so dass ggf. vorhandener gasförmiger Wasserstoff aus dem Gehäuse oben abgeführt wird. Die Luftwechselrate kann bei 20 bis 40 / h, bevorzugt 30 /h liegen. Die Bildung eines zündfähigen Gemisches aus 4,1 bis 75 Vol% Wasserstoff wird durch diese Maßnahmen vermieden.

Als weitere Sicherheitsmaßnahme sind im oberen Abschnitt des Gehäuses, in dem die Hydrierbaugruppe vorgesehen ist z.B. an einer der Seitenplatten Wasserstoffsensoren vorgesehen, die bei Erreichen einer vorbestimmten Wasserstoff konzentration z.B. ca. 20% der unteren Explosionsgrenze Alarm geben.

Wie oben angeführt besteht eine unmittelbare Verbindung zwischen Elektrolyseur und Hydrierreaktor, z.B. zwischen Ausgang des Elektrolyseurs und Eingang des Hydrierreaktors. Entsprechend erfolgt keine Zwischenlagerung des hergestellten Wasserstoffs. Diese Verbindung besteht z.B. in Form einer druckbeaufschlagten Leitung. Die Druckleitung, durch die der gasförmige Wasserstoff vom Elektrolyseur zum Hydrierreaktor geführt wird, ist sehr kurz ausgeführt, um die Verweildauer des Wasserstoffs in der Hydrierbaugruppe auf ein Minimum zu reduzieren; dies reduziert die Gefahr einer Wasserstoffexplosion drastisch. Der Elektrolyseur weist zudem bevorzugt ein Rückschlagventil auf, um notfalls überflüssigen Wasserstoff an die Umwelt abzugeben. Die in solchen Fällen abgegebene Wasserstoffmenge ist jedoch so gering, dass zu keiner Zeit eine Explosionsgefahr besteht.

Dem Elektrolyseur wird elektrischer Strom und Wasser zugeführt, das entsprechend zu Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Überschüssiges, nicht umgesetztes Wasser und der frei gesetzte Sauerstoff werden aus dem Elektrolyseur abgeführt. Der Sauerstoff kann z.B. der Brennstoffzelle zur Verfügung gestellt werden, das Wasser kann in den Elektrolyseur rückgeführt werden. Der den Elektrolyseur verlassende Wasserstoff wird bevorzugt in einen Adsorber zur Trocknung und Entfernung von mitgeführten Wasser eingeleitet. Das entfernte Wasser kann ebenfalls dem Elektrolyseur wieder zur Verfügung gestellt werden.

Der von Wasser befreite Wasserstoff wird dem Hydrierreaktor, insbesondere über dessen Kopfteil zugeführt.

In einer Ausführungsform weist der mindestens eine Elektrolyseur der Hydrierbaugruppe eine Eingangsleistung von 10 bis 100 kW, bevorzugt 20 bis 80 kW, insbesondere bevorzugt von 30 bis 50 kW, ganz besonders bevorzugt von 33 kW auf. Der Wirkungsgrad des Elektrolyseurs beträgt 70%, so dass die Wasserstoffleistung nach dem Elektrolyseur zwischen 7 bis 70 kW, bevorzugt zwischen 14 und 56 kW, insbesondere bevorzugt zwischen 21 und 35 kW, ganz besonders bevorzugt bei 23 kW liegt.

Auch ist der mindestens eine Elektrolyseur bevorzugt in der Lage, Wasserstoff mit einem Druck zwischen 10 und 100 bar, bevorzugt 20 und 80 bar, insbesondere bevorzugt 40 und 60 bar, ganz besonders bevorzugt von 50 bar bereitzustellen.

Der in der vorliegenden Hydrierbaugruppe verwendete Hydrierreaktor basiert bevorzugt auf einem Rohrbündelreaktor, insbesondere einem senkrecht stehenden Rohrbündelwärmeüberträger mit senkrecht verlaufenden Rohren. In einer Ausführungsform weist der Hydrierreaktor ein Gesamtvolumen von 10 bis 50 L, bevorzugt von 15 bis 30 L, insbesondere bevorzugt von 20 L auf. Die Anzahl der parallel im Hydrierreaktor verlaufenden Rohre kann zwischen 5 und 25, bevorzugt 10 und 20, insbesondere bevorzugt bei 16 liegen. Der Durchmesser eines jeden Rohres kann dabei zwischen 10 und 50 mm, bevorzugt 20 und 40 mm, insbesondere bei 30 mm liegen.

Die Konstruktion des Hydrierreaktors ist auf ein optimales lokales Temperaturniveau ausgelegt. Da die Hydrierung des Substrates als exotherme Reaktion unter Wärmefreisetzung erfolgt, ist es wünschenswert, die freigesetzte Wärme nicht einfach in die Umgebung abzuleiten, sondern effizient zu nutzen. Das mittlere Temperaturniveau des Hydrierreaktors liegt bevorzugt in einem Bereich zwischen 100 bis 150°C, insbesondere bei 120 bis 130°C. Die Wärmeableitung erfolgt bevorzugt über die Mantelflächen der im Hydrierreaktor angeordneten Rohre. Als Kühlmittel können geeignete Fluide wie Luft oder auch eine Flüssigkeit verwendet werden, die an den Mantelflächen entlang der Rohre von unten nach oben durch den Hydrierreaktor geführt werden. Entsprechend sind die Mantelflächen ausgelegt, um das lokale Temperaturoptimum des Hydrierreaktors zu erreichen. So kann die Oberfläche der Mantelflächen strukturiert, z.B. perforiert vorliegen.

Die Strömungskühlung wird durch geeignete Leitbleche unterstützt. In einer Ausführungsform sind 2 bis 20, bevorzugt 5 bis 15, insbesondere 6 bis 10 Leitbleche (Kühlstromleitbleche) vorgesehen. Die Leitbleche sind bevorzugt quer zur Strömungsrichtung des Kühlmittels eingebaut und können eine mäandrische Strömung gewährleisten.

Die vom Hydrierreaktor abgegebene Wärme kann z.B. einem Heizsystem zugeführt werden oder aber auch bevorzugt an den Elektrolyseur abgegeben werden, umso eine effizientere Wärmenutzung zu ermöglichen.

Die Ausgangsleistung bzw. Kapazität des Hydrierreaktors beträgt zwischen 7 bis 70 kW, bevorzugt zwischen 14 und 56 kW, insbesondere bevorzugt zwischen 21 und 35 kW, ganz besonders bevorzugt bei 23 kW und.

In den Rohren ist jeweils eine Schüttung von mindestens einem Katalysator für die Hydrierung des Substrates (S) vorgesehen.

In einer Ausführungsform ist am Kopfteil des Hydrierreaktors ein Dusch- bzw. Sprühkopf vorgesehen. Der Sprühkopf umfasst einen Sprühkopfdeckel mit mindestens einer Zufuhrleitung des zu hydrierenden Substrates in den Sprühkopf, einen Sprühkopfboden und im Sprühkopfboden vorgesehene Kapillaren zur Zufuhr des zu hydrierenden Substrates in die Reaktorrohre. In einer Ausführungsform sind 2 bis 20, bevorzugt 5 bis 15, insbesondere bevorzugt 10 bis 14 Kapillaren im Sprühkopf vorgesehen. Der Sprühkopfboden ist so angeordnet, dass die Kapillaren über den Rohren liegen. Diese Anordnung der Kapillaren gewährleistet die direkte Zufuhr des zu hydrierenden Substrates aus dem Sprühkopf über die Kapillaren in die Reaktorrohre.

Im Hydrierreaktor wird das Substrat bei einer Temperatur zwischen 50 und 180°C und einem Druck zwischen 2 und 200 bar in Gegenwart eines geeigneten Katalysators zumindest teilweise hydriert.

Das zumindest teilweise hydrierte Substrat wird am Fuß des Reaktors über eine geeignete Leitung in einen Speichertank abgeführt. Als zu hydrierendes Substrat wird bevorzugt ein Substrat mit einem ausgedehnten ττ- konjugierten System ausgewählt aus einer Gruppe enthaltend polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, polycyclische heteroaromatische Kohlenwasserstoffe, ττ-konjugierte organische Polymere oder einer Kombination davon verwendet.

In einer Ausführungsform ist das mindestens eine energiearme Substrat mit einem ausgedehnten ττ-konjugierten System ausgewählt aus einer Gruppe enthaltend kondensierte heteroaromatische Kohlenwasserstoffe mit N, S oder O als Heteroatom, wobei die Heteroatome substituiert oder unsubstituiert vorliegen. Dabei sind die kondensierten heteroaromatischen Kohlenwasserstoffe bevorzugterweise Ringsysteme mit C6 bis C30, bevorzugt C8 bis C20, insbesondere C12.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Heteroatome der kondensierten Kohlenwasserstoffe mit mindestens einer Alkylgruppe, mindestens einer Arylgruppe, mindestens einer Alkenylgruppe, mindestens einer Alkinylgruppe, mindestens einer Cycloalkylgruppe und/oder mindestens einer Cycloalkenylgruppe substituiert, wobei Substitutionen der Heteroatome mit CrC ₃ o-Alkyl, bevorzugt CrCio-Alkyl, insbesondere mit C ₂ - Cs-Alkyl vorteilhaft sind und weitere Heteroatome enthalten sein können.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als energiearmes Substrat geeignet zur Speicherung von Wasserstoff N-Ethylcarbazol, N-n-Propylcarbazol oder N-iso-propylcarbazol verwendet.

Es ist ebenfalls vorstellbar, nicht-heteroaromatische Kohlenwasserstoffe zu verwenden. So ist bekannt, dass mit mindestens zwei Benzylresten substituiertes Toluol, wie z.B. Dibenzyltoluol, als flüssiger Wasserstoffspeicher dienen kann. Die Benzylreste können substituiert oder unsubstituiert vorliegen (die oben genannten Gruppen können als Substituent auftreten). Ebenfalls kann die Anordnung der Benzylreste am Toluolring beliebig variieren. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Dibenzyltoluol (auch unter dem Handelsnamen Marlotherm SH bekannt).

Der Begriff „substituiert", in Verwendung mit„Alkyl", „Alkenyl", „Aryl", etc., bezeichnet die Substitution eines oder mehrerer Atome, in der Regel H-Atome, durch einen oder mehrere der folgenden Substituenten, bevorzugt durch einen oder zwei der folgenden Substituenten: Halogen, Hydroxy, geschütztes Hydroxy, Oxo, geschütztes Oxo, C ₃ -C ₇ -Cycloalkyl, bicyclisches Alkyl, Phenyl, Naphtyl, Amino, geschütztes Amino, monosubstituiertes Amino, geschütztes monosubstituiertes Amino, disubstituiertes Amino, Guanidino, geschütztes Guanidino, ein heterozyklischer Ring, ein substituierter heterozyklischer Ring, Imidazolyl, Indolyl, Pyrrolidinyl, CrCi ₂ -Alkoxy, CrCi ₂ -Acyl, CrCi ₂ -Acyloxy, Acryloyloxy, Nitro, Carboxy, geschütztes Carboxy, Carbamoyl, Cyano, Methylsulfonylamino, Thiol, d-Cio-Alkylthio und Cr Cio-Alkylsulfonyl. Die substituierten Alkygruppen, Arylgruppen, Alkenylgruppen, können einmal oder mehrfach substituiert sein und bevorzugt 1 - oder 2-mal, mit denselben oder unterschiedlichen Substituenten.

Der Begriff „Alkinyl", wie hier verwendet, bezeichnet einen Rest der Formel Ρ-ΟΞ ⁽ 3-, insbesondere ein „C2-C6-Alkinyl". Beispiele für C^-Ce-Alkinyle schließen ein: Ethinyl, Propinyl, 2-Butinyl, 2-Pentinyl, 3-Pentinyl, 2-Hexinyl, 3-Hexinyl, 4-Hexinyl, Vinyl sowie Di- und Tri-ine von geraden und verzweigten Alkylketten.

Der Begriff „Aryl", wie hierin verwendet, bezeichnet aromatische Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Phenyl, Benzyl, Naphthyl, oder Anthryl. Substituierte Arylgruppen sind Arylgruppen, die, wie oben definiert, mit einem oder mehreren Substituenten, wie oben definiert, substituiert sind.

Der Begriff„Cycloalkyl" umfasst die Gruppen Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl und Cycloheptyl.

Der Begriff "Cycloalkenyl" umfasst die Gruppen Cyclopentenyl, Cyclohexenyl, Cycloheptenyl und Cyclooctenyl.

Vorteilhafterweise wird dem Substrat ein Zusatzstoff zugegeben, der die Dichte des Substrates auf über 1 g/mL erhöht. Dieser Stoff muss selbst eine Dichte größer 1 haben.

Die zur Hydrierung des Substrates mit einem ausgedehnten konjugierten ττ-System verwendeten Katalysatoren sind allgemein bekannt und basieren auf Oxiden und Hydriden von Metallen der Gruppen 4,5,6 und 8, 9, 10. Es können z.B. Oxide und Hydride von Titan, Zirkonium, Tantal, Niob, Nickel, Platin, Palladium, Ruthenium, Cobalt, Aluminium verwendet werden. Ein bevorzugter Katalysator ist Nickel/Alox oder Nickel-Ruthenium-Mischung oder eine Ruthenium/Alox-Mischung.

Es ist ebenfalls bevorzugt, wenn in dem mindestens einen Hydrierreaktor der Hydrierbaugruppe zu jedem Zeitpunkt eine vorbestimmte Menge an flüssigen Wasserstoffträger (LOHC) vorgesehen ist. Mit anderen Worten, zu jeder Zeit ist ein Flüssigkeitsstand an LOHC im Hydrierreaktor vorgesehen, der somit niemals vollständig leer ist. Bevorzugterweise ist die Menge an flüssigen Wasserstoffträger so bemessen, dass zumindest der Boden (Klöpperboden) des Hydrierreaktors immer bedeckt ist. Dies gewährleistet, dass sich nach dem Hydrierreaktor keine Wasserstoffatmosphäre ausbilden kann. Eventuell chemisch nicht vollständig umgesetzter Wasserstoff wird auf diese Weise physikalisch im flüssigen LOHC gelöst. Wenn das hydrierte LOHC den Hydrierreaktor unter Entspannung verlässt, wird der im flüssigen LOHC physikalisch gelöste Wasserstoff ausgegast. Die Menge an ausgegasten Wasserstoff ist allerdings so gering, dass diese abgesaugt werden kann und somit hiervon keine Explosionsgefahr ausgeht.

Die in der vorliegenden Anordnung zur Energiegewinnung vorgesehene Dehydrierbaugruppe zur Dehydrierung von mindestens einem zumindest teilweise hydrierten Substrat SH ₂ unter Freisetzung von Wasserstoff und Oxidation des freigesetzten Wasserstoffs ist- wie auch die Hydrierbaugruppe - in einem Gehäuse untergebracht ist. Die Dehydrierbaugruppe umfasst mindestens einen Dehydrierreaktor zur mindestens teilweisen Dehydrierung eines zumindest teilweise z.B. in der Hydrierbaugruppe hydrierten Substrates SH ₂ unter Freisetzung von Wasserstoff und Substrat S, und mindestens eine mit dem Dehydrierreaktor in Verbindung stehende Brennstoffzelle zur Oxidation des in dem Dehydrierreaktor freigesetzten Wasserstoffs unter Freisetzung von Energie.

Wie bereits für die Hydrierbaugruppe ausgeführt, ist auch im Falle der Dehydrierbaugruppe vorgesehen, dass der mindestens eine Dehydrierreaktor und die mindestens eine Brennstoffzelle zusammen in einem Gehäuse angeordnet sind. Dehydriereraktor und Brennstoffzelle können ebenfalls z.B. in einen 19" Schrank eingebunden sein.

Die generelle Anordnung der Dehydrierbaugruppe im Gehäuse ist im Wesentlichen vergleichbar zu der oben beschriebenen Anordnung der Hydrierbaugruppe im Gehäuse.

Das Gehäuse ist bevorzugt in Form eines Quaders mit rechteckigen Seitenflächen (je zwei großflächige und zwei kleinflächige Seitenplatten), einem Gehäuseboden und einer Gehäusedecke ausgebildet. Die Seitenflächen, Gehäuseboden und Gehäusedecke sind jeweils als bewegliche Platten vorgesehen. So können diese beweglichen Platten in einem entsprechenden, einen Quader bildenden Rahmen z.B. aus Schienen beweglich angeordnet sein. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Dehydrierbaugruppe aus dem mindestens einen Dehydriereaktor und der mindestens einen Brennstoffzelle an mindestens einer der Seitenflächen, insbesondere an einer der großflächigen Seitenflächen bzw. Seitenplatten, befestigbar ist. Aufgrund der Beweglichkeit der Platten ist es demnach möglich die an der Seitenplatte befestigte Dehydrierbaugruppe aus dem Gehäuserahmen zu entfernen.

In den Seitenplatten des Gehäuses sind ebenfalls die notwendigen Anschlüsse z.B. zur Energieabfuhr, Wasserabfuhr oder Substratabfuhr vorgesehen.

In einer Ausführungsform ist die vorliegende Dehydrierbaugruppe aus dem mindestens einen Dehydrierreaktor und der mindestens einen Brennstoffzelle in dem Gehäuse mit einem vorbestimmten Abstand zum Gehäuseboden angeordnet. Dieser vorbestimmte Abstand zum Gehäuseboden ermöglicht die Anordnung von Mitteln zur Steuerung der Dehydrierbaugruppe in dem Gehäuse. Die Mittel zur Steuerung der Dehydrierbaugruppe bestehen typischerweise aus elektronischen Komponenten. Des Weiteren können zwischen Steuerungsmittel und Dehydrierbaugruppe die für den Betrieb der Dehydrierbaugruppe notwendigen Pumpen und Ventile vorgesehen sein. Entsprechend kann die Anordnung der einzelnen Komponenten von oben nach unten in dem Gehäuse wie folgt beschrieben werden: Elektronik zur Steuerung der Deydrierbaugruppe; gefolgt von den zum Betrieb der Deydrierbaugruppe notwendigen Pumpen und Ventile; und abschließend die Dehydrierbaugruppe aus Dehydrierreaktor und Brennstoffzelle in den oberen zwei Dritteln des Gehäuses. Die gestaffelte Anordnung der einzelnen Komponenten im Gehäuse beugt dem Problem einer möglichen Gefährdung durch den im Dehydrierreaktor freigesetzten Wasserstoffs vor. Diesbezüglich wird auch auf die obigen Ausführungen im Falle der Hydrierbaugruppe verwiesen, die hier ebenfalls zutreffend sind.

In dem in der Dehydrierbaugruppe vorgesehenen Dehydrierreaktor wird das zumindest teilweise hydrierte Substrat SH ₂ , das aus der Hydrierbaugruppe in die Dehydrierbaugruppe eingespeist wird, bei einer Temperatur zwischen 250 bis 350 °C, bevorzugt 270 bis 320 °C und bei einem Druck zwischen 1 bis 10 bar, bevorzugt 2 bis 5 bar, insbesondere bevorzugt 3 bar in Gegenwart eines geeigneten Katalysators zumindest teilweise dehydriert. Wird die Dehydrierung bei einem erhöhten Druck von z.B. 3 bar durchgeführt, ist es möglich, Wasserstoff mit einem Vordruck für die Brennstoffzelle bereitzustellen. Dadurch kann eine sonst notwendige Kompressionsstufe zwischen Dehydrierreaktor und Brennstoffzelle entfallen. Der Dehydrierreaktor ist bevorzugt als horizontaler Reaktor mit mindestens zwei, bevorzugt mindenstens drei Kompartiments gestaltet. Die Kompartiments werden durch mindestens ein Leitblech, bevorzugt zwei Leitbleche gebildet, die sich jeweils vom Boden des horizontalverlaufenden Reaktors vertikal in das Reaktorinnere erstrecken. Die Höhe der Leitbleche kann dabei variieren. So kann die Höhe der Leitbleche in Strömungsrichtung des flüssigen Wasserstoffträgers (hydriertes Substrat SH ₂ ) abnehmen.

In den Kompartiments sind jeweils Katalysatorschüttungen vorgesehen. Die Katalysatorschüttungen können in separaten Vorrichtungen in den einzelnen Kompartments, z.B. in Drahtbehältern oder ähnlichen vorgesehen sein. Die Katalysatorschüttung weist bevorzugt einen Abstand vom Boden des Reaktors auf, damit ein Eintritt des flüssigen hydrierten Substrates in die Katalysatorschüttung nahe am Boden des Reaktors ermöglicht wird und das hydrierte Substrat die Katalysatorschüttung von unten nach oben unter Wasserstofffreisetzung durchströmen kann. Die Katalysatorschüttung weist zudem in jedem Kompartment einen vorbestimmten Abstand zum Ende des jeweiligen Leitbleches auf. Mit anderen Worten befindet sich zwischen dem oberen Ende der Katalysatorschüttung und dem Ende des Leitbleches ein vorbestimmter Abstand bzw. Raum, der mit Flüssigkeit gefüllt ist. So ist die Katalysatorschüttung mit Flüssigkeit, insbesondere mit dem flüssigen dehydrierten Substrat oder einem Gemisch aus hydrierten und dehydrierten Substrat bedeckt. Die Katalysatorschüttung ist zudem bevorzugt so angeordnet, dass zwischen Katalysatorschüttung eines Kompartments und dem in Strömungsrichtung vorhergehenden Leitblech ein vorbestimmter Abstand vorgesehen ist.

Als Katalysatoren für die Dehydrierung sind die bereits oben für den Hydriervorgang genannten Katalysatoren einsetzbar. In der Dehydrierung kommen bevorzugt Pt/Alox und Pt/C zum Einsatz. Es kann auch Nickel anstatt von Pt verwendet werden,.

Durch die Verwendung von Kompartiments im Dehydrierreaktor kann eine Rückvermischung des dehydrierten Substrates mit dem hydrierten Substrat vermieden werden. Eine Rückvermischung wäre unvorteilhaft, da der Dampfdruck des hydrierten Substrates höher ist als des dehydrierten Substrates. Ein Austrag von dehydrierten (unhydrierten) Substrat in die in Strömungsrichtung gesehenen vorderen Kompartiments kann zudem durch den Einbau von geeigneten Sperren wie z.B. Tropfenabscheider und/oder Gewebe vermieden werden.

Auch erlaubt die Kompartimentbildung im Dehydrierreaktor eine enge Temperaturführung, wobei die Temperatur in jedem Kompartiment einstellbar ist. Da die im Dehydrierreaktor ablaufende Dehydrierung des zumindest teilweise hydrierten Substrates eine endotherme Reaktion ist, sollte bevorzugt die Zufuhr von externer Wärme z.B. mittels katalytischer Wasserstoff brenner oder elektrischer Heizungen gewährleistet werden. Entsprechend ist für den mindestens einen Dehydrierreaktor bevorzugt eine externe Wärmezufuhr in Form von mindestens einer Heizvorrichtung vorgesehen.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, die für den Dehydrierreaktor notwendige thermische Energie durch einen katalytischen Brenner bereitzustellen, wobei der katalytische Brenner die thermische Energie durch Verbrennen von zumindest eines Teils des im Dehydrierreaktor freigesetzten Wasserstoffs generiert. Dieser Ansatz reduziert die eine kostenintensive elektrische Heizung des Dehydrierreaktors.

Die mindestens eine Heizvorrichtung z.B. in Form einer elektrischen Heizvorrichtung oder eines katalytischen Wasserstoffbrenners ist bevorzugt jeweils am Boden von jedem Kompartiment bzw. unterhalb von jedem Kompartiment des Dehydrierreaktors angeordnet.

Der Zustrom des hydrierten Substrates in den Dehydrierreaktor erfolgt horizontal z.B. von rechts nach links. Im ersten Kompartiment strömt das hydrierte Substrat durch die Katalysatorschüttung bevorzugt von unten nach oben. Diese Strömungsrichtung durch die Katalysatorschüttung wird durch den Auftrieb des in der Katalysatorschüttung freigesetzen Wasserstoffes angetrieben. Der oben beschriebene Flüssigkeitsstand oberhalb der Katalysatorschüttung dient als Entspannungszone für den gebildeten Wasserstoff. Der Wasserstoff wird im oberen Teil des Reaktors abgeführt. Das nach Wasserstofffreisetzung im ersten Kompartiment gebildete Gemisch aus hydrierten und dehydrierten Substrat wird in das zweite Kompartiment weitergeleitet. Dieses wasserstoffreie Gemisch aus hydrierten und dehyrierten Substrat fließt zwischen dem ersten Leitbleches und der Katalysatorschüttung des zweiten Kompartiments nach unten hin zu der im Boden des Kompartiments vorgesehenen Heizvorrichtung, tritt hier in die Katalysatorschüttung ein und durchströmt diese von unten nach oben. Dieser Vorgang wiederholt sich in jedem Kompartment, wobei der Anteil an hydrierten Substrat von Kompartiment zu Kompartiment in Strömungsrichtung abnimmt und der Anteil an dehydrierten Substrat von Kompartiment zu Kompartiment in Strömungsrichtung zunimmt. Bevorzugt tritt ausschließlich deyhdriertes Substrat aus dem Dehydrierreaktor aus und wird in die Hydrierbaugruppe zurückgeführt. In einer weiteren Ausführungsform weist der mindestens eine Dehydrierreaktor der Dehydrierbaugruppe mindestens zwei Druckstufen auf. Bevorzugt weist der Dehydrierreaktor zwei Druckstufen auf, wobei eine erste Druckstufe einen Druck zwischen 3-5 bar aufweist. Dadurch wird der Vordruck an Wasserstoff für die Brennstoffzelle gewährleistet. Die zweite Druckstufe wird bei normalen atmospherischen Bedingungen gefahren und der Wasserstoff für die Beheizung des Dehydrierreaktors bereitgestellt. Die zwei Druckstufen werden bevorzugt durch die Verwendung von porösen ggf. mit Platin beschichteten Keramikschäumen realisiert. Die beiden Reaktoren sind bevorzugt über eine klassische Drossel getrennt, um die Druckstufe zu realisieren.

Der Dehydrierreaktor ermöglicht die Bereitstellung einer thermischen Wasserstoffleistung von 50 bis 100 kW, bevorzugt 60 bis 80 kW, insbesondere bevorzugt von 66 kW. Dies ergibt eine elektrische Ausgangsleistung der Brennstoffzelle (nach Abzug des Wirkungsgrades der Brennstoffzelle) von 10 bis 100 kW, bevorzugt 30 bis 90 kW, insbesondere bevorzugt von 30 bis 60 kW, ganz besonders bevorzugt von 33 kW.

In einer weiteren Ausführungsform wird als Brennstoffzelle eine Niedertemperatur-Polymer- Elektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEM) verwendet. Die vorliegend zum Einsatz kommende Brennstoffzelle weist bevorzugt eine gute Verträglichkeit gegenüber dem flüssigen Wasserstoffträger (hydriertes und dehydriertes Substrat) auf. Dies ist notwendig, da ein Teil des flüssigen Wasserstoffträgers mit dem freigesetzten Wasserstoff aus dem Dehydrierreaktor in die Brennstoffzelle (bedingt durch die Dampfdruckerniedrigung) gelangt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die vorliegende Anordnung neben dem Speichertank zur Speicherung des in dem Hydrierreaktor der Hydrierbaugruppe zumindest teilweise hydrierten Substrates mindestens einen weiteren Speichertank zur Speicherung des im Dehydrierreaktor der Dehydrierbaugruppe zumindest teilweise dehydrierten Substrates auf. Der mindestens eine weitere Speichertank zur Speicherung des im Dehydrierreaktor zumindest teilweise dehydrierten Substrates ist so angeordnet, dass dieser den Dehydrierreaktor der Dehydrierbaugruppe mit dem Hydrierreaktor der Hydrierbaugruppe über eine Leitung verbindet, d.h. das im Dehydrierreaktor dehydrierte Substrat wird in den Speichertank geleitet, dort zwischengespeichert und bei Bedarf in den Hydrierreaktor zur Hydrierung eingeleitet.

Auch können in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Speichertank für die Speicherung des hydrierten Substrates und der Speichertank für die Speicherung des dehydrierten Substrates in einem Tank kombiniert sein, in dem z.B. die jeweiligen Speicherräume mittels einer beweglichen Wand voneinander trennbar sind. Somit kann lediglich ein LOHC-Tank vorliegen, der zu einer weiteren Platzeinsparung führt.

Denkbar ist auch, dass der bevorzugt zum Einsatz kommende gemeinsame Speichertank für die Zwischenspeicherung der energiereichen und ggf. energiearmen Form des verwendeten Kohlenwasserstoffs die Konfiguration und Aufbau von üblicherweise zum Einsatz kommenden konventionellen Dieseltanks aufweisen kann.

Es ist auch möglich, dass mehrere Tanks angeordnet und verwendet werden, die über ein Rohrsystem miteinander verbunden sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Hydrierbaugruppe mit dem mindestens einen Elektrolyseur und dem Hydrierreaktor über den ersten Speichertank für das hydrierte Substrat mit der Dehydrierbaugruppe aus mindestens einem Dehydrierreaktor und mindestens einer Brennstoffzelle verbunden. Somit bilden die einzelnen Komponenten bzw. Bestandteile der vorliegenden Anordnung ein in sich verbundenes System zur Energieerzeugung und - speicherung. Die einzelnen Zellen und Reaktoren der vorliegenden Anordnung sind mit geeigneten Verbindungsleitungen zur Überführung von Wasserstoff sowie der energiearmen bzw. energiereichen Form des Substrates wie z.B. eines aromatischen Kohlenwasserstoffes verbunden. Die Leitungen für den Wasserstofftransport sind bevorzugt aus gasdichten und druckfesten Materialien hergestellt.

Bevorzugterweise ist die vorliegende Anordnung mit mindestens einem elektrischen Motor oder Generator zur Umsetzung der in der Brennstoffzelle freigesetzten Energie in Wärmeenergie zur Wärmeversorgung von Gebäuden oder zur Umsetzung in eine mechanische Bewegung einer mobilen Einrichtung wie z.B. eines Schiffes verbunden. Auch ist es denkbar, einen Wasserstoffmotor für eine mobile Einrichtung wie z.B. den Schiffsantrieb zu verwenden, wobei der Wasserstoff aus dem LOHC System stammt.

Die in Form eines Gleichstroms erzeugte Energie kann jedoch selbstverständlich auch für andere Zwecke wie z.B. Licht, Unterhaltungstechnik etc. verwendet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Generator für Elektrizität über eine Elektrolysezelle und einen weiteren chemischen Reaktor mit den Tanks für die energiearme und energiereiche Form verbunden. Somit bilden die einzelnen Komponenten bzw. Bestandteile der vorliegenden Anordnung ein in sich verbundenes System zur Energiespeicherung und ermöglichen das„Nachtanken".

Es ist ebenfalls von Vorteil, wenn bei oder in dem mindestens einen Elektrolyseur mindestens ein wasserspeicherndes Medium angeordnet ist.

Die vorliegende Anordnung ermöglicht die Bereitstellung von Energie zur Energieversorgung von stationären und mobilen Einrichtungen in dem folgenden Verfahren umfassend die Schritte

- Bereitstellen eines elektrischen Stroms, bevorzugt eines Gleichstroms, aus mindestens einer energieerzeugenden Anlage, insbesondere einer photovoltaischen Anlage und/oder einer windbetriebenen Anlage,

- Herstellen von Wasserstoff aus Wasser in mindestens einem Elektrolyseur der Hydrierbaugruppe unter Verwendung des elektrischen Stroms aus der mindestens einen energieerzeugenden Anlage,

- Überführen des gebildeten Wasserstoffes aus dem mindestens einen Elektrolyseur in mindestens einen Hydrierreaktor der Hydrierbaugruppe enthaltend mindestens ein Substrat S in Form eines flüssigen Wasserstoffträgers (LOHC), insbesondere mindestens ein Substrat mit einem ausgedehnten ττ-konjugierten System, und mindestens teilweise Hydrierung des Substrates in dem mindestens einen Hydrierreaktor,

- ggf. Überführen des zumindest teilweise hydrierten Substrates SH ₂ aus dem Hydrierreaktor der Hydrierbaugruppe in mindestens einen Speichertank und ggf. Speicherung des zumindest teilweise hydrierten Substrates in dem Speichertank,

- Überführen des zumindest teilweise hydrierten Substrates SH ₂ ggf. aus dem Speichertank in mindestens einen Dehydrierreaktor der Dehydrierbaugruppe und Dehydrierung des zumindest teilweise hydrierten Substrates SH ₂ in dem Dehydrierreaktor unter Freisetzung von Wasserstoff,

- ggf. Rückführen des dehydrierten Substrates S in den Hydrierreaktor der Hydrierbaugruppe, und - Überführen des freigesetzten Wasserstoffs aus dem Dehydrierreaktor in mindestens eine Brennstoffzelle der Dehydrierbaugruppe und Oxidation des Wasserstoffs in Gegenwart des in der Brennstoffzelle vorhandenen Sauerstoffs zu Wasser bei gleichzeitiger Freisetzung von Energie in Form von elektrischen Strom und ggf. Wärme.

In einer Ausführungsform wird das im Dehydrierreaktor dehydrierte Substrat aus dem Dehydrierreaktor über den Speichertank zur Speicherung des dehydrierten Substrates in den Hydrierreaktor rückgeführt.

Bevorzugterweise stammt das im Elektrolyseur benötigte Wasser aus dem Speichertank zur Speicherung von Wasser und/oder wird das in der Brennstoffzelle während der Wasserstoffoxidation gebildete Wasser in den Elektrolyse überführt.

Bevorzugterweise wird der zur Wasserstoffoxidation in der Brennstoffzelle benötigte Sauerstoff in die Brennstoffzelle aus einem Speichertank zur Speicherung von Sauerstoff oder in Form von (Außen) Luft zugeführt wird.

Mit dem vorliegenden Verfahren erfolgt also bevorzugt ein vollständiges Recycling der verwendeten LOHC-Substrate. Da das verwendete Substrat nicht verbraucht wird, können sehr lange Gebrauchszeiten bzw. eine große Anzahl von Recycling-Zyklen angestrebt werden.

In einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird der in dem Elektrolyseur erzeugte Wasserstoff ohne Zwischenspeicherung zur zumindest teilweisen Hydrierung des mindestens einen Substrates mit einem ausgedehnten ττ-konjugierten System im Hydrierreaktor verwendet. Der zumindest teilweise zu hydrierende Kohlenwasserstoff liegt im Hydrierreaktor bevorzugt in flüssiger Form vor. Es wäre jedoch auch denkbar, Kohlenwasserstoffe in festem Aggregatzustand zu verwenden.

Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die bei der zumindest teilweisen Hydrierung des mindestens einen Substrates mit einem ausgedehnten ττ-konjugierten System im Hydrierreaktor entstehende Wärme in ein Heizsystem für die stationäre und/oder mobile Einrichtung eingeschleust wird.

In einer weiteren Ausführungsform wird das zumindest teilweise hydrierte Substrat mit einem ausgedehnten ττ-konjugierten System im Dehydrierreaktor unter Wärmezufuhr dehydriert. Die für die Dehydrierung notwendige Wärme stammt bevorzugt aus einer externen Quelle wie oben erwähnt.

Anschließend wird in einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens das im Dehydrierreaktor dehydrierte Substrat aus dem Dehydrierreaktor über den zweiten Speichertank oder den gemeinsamen Speichertank in den Hydrierreaktor rückgeführt. Es erfolgt also ein vollständiges Recycling der verwendeten Substanzen. Da der verwendete Kohlenwasserstoff nicht verbraucht wird, können sehr lange Gebrauchszeiten bzw. eine große Anzahl von Recycling-Zyklen angestrebt werden.

Auch ist es von Vorteil, wenn das in der Brennstoffzelle während der Wasserstoffoxidation gebildete Wasser in den Elektrolyseur überführt wird. Es ist ebenfalls vorstellbar, dass das in der Brennstoffzelle gebildete Wasser lediglich teilweise recycelt wird.

Die in der Brennstoffzelle und in dem als Hydrierreaktor freigesetzte Wärme wird bevorzugt in das Heizsystem und der freigesetzte elektrische Strom in das elektrische Netz der stationären und/oder mobilen Einrichtung wie z.B. eines Schiffes eingeleitet. Es wird also eine gleichmäßige und konstante Wärme- und Stromversorgung auch bei schwankenden äu ßeren Bedingungen wie unterschiedliche Sonneneinstrahlung mit dem vorliegenden Verfahren gewährleistet. Es ist ebenfalls denkbar, die erzeugte Energie z.B. den elektrischen Strom nach au ßen an externe Stromnetze zur Stabilisierung der Stromnetze abzugeben. Es kann zudem lukrativ sein, zu Zeiten, wo Elektrizität billig ist oder gar zu negativen Preisen angeboten wird, diese in das System aufzunehmen, und zu Zeiten, wo Elektrizität sehr teuer ist, diese abzugeben. Es ist natürlich auch denkbar, die freigesetzte Wärme mittels Umkehrprozess auch für die Kühlung von Kühlräumen und Klimaanlagen einzusetzen.

Der für die Wasserstoffoxidation in der Brennstoffzelle benötigte Sauerstoff wird bevorzugt von au ßen, d.h. außerhalb aus der Außenluft in die Brennstoffzelle in Form von Luft oder reinem Sauerstoff zugeführt. Somit ist die Installation von sauerstofferzeugenden Geräten nicht notwendig. Es ist aber auch denkbar, den im Elektrolyseur während der Wasserhydrolyse gebildeten Sauerstoff in die Brennstoffzelle einzuleiten.

Generell ist es auch denkbar, dass bei Bedarf zusätzlicher elektrischer Strom von einer weiteren Energiequelle in das elektrische Netz der stationären und/oder mobilen Einrichtung eingespeist wird. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 a eine schematische Darstellung einer Hydrierbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung;

Figur 1 b eine schematische Darstellung eines Hydrierreaktors einer Hydrierbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung;

Figur 2a eine schematische Darstellung einer Dehydrierbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung;

Figur 2b eine schematische Darstellung eines Dehydrierreaktors einer

Dehydrierbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung;

Figur 3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;

Figur 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, und

Figur 5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.

Figur 1 a zeigt eine Ausführungsform einer vorliegend verwendeten Hydrierbaugruppe 1 zur Erzeugung von Wasserstoff und Hydrierung des Substrates S. Die Hydrierbaugruppe 1 ist in einem Gehäuse 10 (19" Schrank) mit Seitenflächen bzw. Seitenplatten 10a-a"', einem Gehäuseboden 10b und einem Gehäusedach untergebracht.

Die Hydrierbaugruppe 1 umfasst einen Elektrolyseur 1 a zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasser unter Verwendung des elektrischen Stroms aus mindestens einer energieerzeugenden Anlage und einen mit dem Elektrolyseur 1 a in Verbindung stehenden Hydrierreaktor 1 b zur Hydrierung des Substrates S in Form eines flüssigen Wasserstoffträgers (LOHC) unter Verwendung des in dem Elektrolyseur 1 a gebildeten Wasserstoffs unter Ausbildung eines hydrierten Substrates SH ₂ . Die Hydrierbaugruppe 1 aus Elektrolyseur 1 a und Hydrierreaktor 1 b ist an der rückseitigen Seitenplatte 10a des Gehäuses befestigt. Die Seitenplatte 10a ist beweglich. Aufgrund der Beweglichkeit der Platte 10a ist es demnach möglich die an der Seitenplatte befestigte Hydrierbaugruppe aus dem Gehäuserahmen zu entfernen.

In der rückseitigen Seitenplatten 10a des Gehäuses (der besseren Übersicht wegen nicht gezeigt) sind ebenfalls die notwendigen Anschlüsse z.B. zur Energiezufuhr, Wasserzufuhr oder Substratzufuhr für die Hydrierbaugruppe vorgesehen.

Zwischen Hydrierbaugruppe 1 und dem Gehäuseboden 10b besteht ein Abstand, in welchem die Steuerungselektronik 30 zur Steuerung von Elektrolyseur 1 a und Hydrierreaktor 1 b (schematisch durch gestrichelte Linie angedeutet) angeordnet. Zwischen Steuerungselektronik 30 und Hydrierbaugruppe 1 sind die für den Betrieb der Hydrierbaugruppe 1 notwendigen Pumpen und Ventile vorgesehen (der besseren Übersicht wegen nicht gezeigt).

Zusätzlich ist am Gehäuseboden 10b eine Luftzufuhr vorgesehen, die einen konstanten Luftstrom durch das Gehäuse von unten nach oben bewirkt, so dass ggf. vorhandener gasförmiger Wasserstoff aus dem Gehäuse oben abgeführt wird.

Elektrolyseur 1 a und Hydrierreaktor 1 b sind durch eine druckbeaufschlagte Leitung 1 c verbunden, durch die der gasförmige Wasserstoff vom Elektrolyseur 1 a zum Hydrierreaktor 1 b geführt wird.

Dem Elektrolyseur wird elektrischer Strom und Wasser zugeführt, das entsprechend zu Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Überschüssiges, nicht umgesetztes Wasser und der frei gesetzte Sauerstoff werden aus dem Elektrolyseur abgeführt. Der Elektrolyseur 1 a weist eine Eingangsleistung von 33 kW auf. Der Wirkungsgrad des Elektrolyseurs beträgt 70%, so dass die Wasserstoffleistung nach dem Elektrolyseur bei 23 kW liegt.

Der den Elektrolyseur verlassene Wasserstoff kann durch einen Adsorber (nicht gezeigt) zur Trocknung und Entfernung von mitgeführten Wasser eingeleitet werden

Der von Wasser befreite Wasserstoff wird dem Hydrierreaktor 1 b über dessen Kopfteil zugeführt. Über die Leitung 1 d erfolgt die Zuführung des Substrates S in den Hydrierreaktor 1 b. Das im Hydrierreaktor 1 b hydrierte Substrat SH ₂ wird am Fußteil des Hydrierreaktors 1 b abgeführt. Ein Teil des im Hydrierreaktors 1 b nicht verbrauchten Wasserstoffs wird über die Leitung 1 c' in den Hydrierreaktor 1 b recycelt. Die Kühlung des Hydrierreaktors 1 b erfolgt unter Verwendung von Kühlwasser als Kühlmittel, das über die Anschlüsse 1 e,e' in den Hydrierreaktor 1 b ein- bzw. abgeführt wird.

In Figur 1 b ist der Aufbau des Hydrierreaktors detaillierter dargestellt. Der Hydrierreaktor ist ein senkrecht stehender Rohrbündelwärmeüberträger mit 16 senkrecht verlaufenden Rohren 50 und einem Volumen von 20 I. Der Durchmesser eines jeden Rohres liegt bei 30 mm. In den Rohren ist jeweils eine Katalysatorschüttung vorgesehen. Die Ausgangsleistung des Hydrierreaktors beträgt 23 kW.

Die Wärmeableitung erfolgt über die Mantelflächen der im Hydrierreaktor angeordneten Rohre. Das Kühlmittel z.B. Kühlwasser wird entlang der Rohre von unten nach oben durch den Hydrierreaktor geführt. Die Strömungskühlung wird durch 6 Kühlstromleitbleche 51 unterstützt, die quer zur Strömungsrichtung des Kühlmittels eingebaut sind.

Am Kopfteil des Hydrierreaktors ein Dusch- bzw. Sprühkopf 52 vorgesehen. Der Sprühkopf 52 umfasst einen Sprühkopfdeckel mit 16 Kapillaren zur Zufuhr des zu hydrierenden Substrates in die Reaktorrohre. Der Sprühkopfboden ist so angeordnet, dass die Kapillaren über den Rohren liegen. Diese Anordnung der Kapillaren gewährleistet die direkte Zufuhr des zu hydrierenden Substrates aus dem Sprühkopf über die Kapillaren in die Reaktorrohre.

Das im Hydrierreaktor hydrierte Substrat wird am Fu ß des Reaktors über eine geeignete Leitung z.B. in einen Speichertank abgeführt.

Figur 2a zeigt eine Ausführungsform einer vorliegend verwendeten Dehyhydrierbaugruppe 2 aus Dehydrierreaktor 2a und Brennstoffzelle 2b. Die generelle Anordnung der Dehydrierbaugruppe 1 im Gehäuse ist im Wesentlichen vergleichbar zu der oben beschriebenen Anordnung der Hydrierbaugruppe im Gehäuse. Die Dehydrierbaugruppe 2 ist in einem Gehäuse 10 (19" Schrank) mit Seitenflächen bzw. Seitenplatten 20a-a"', einem Gehäuseboden 20b und einem Gehäusedach untergebracht.

Die Dehydrierbaugruppe 2 aus Dehydrierreaktor 2a und Brennstoffzelle 2b ist an der rückseitigen Seitenplatte 20a des Gehäuses 20 befestigt. Die Seitenplatte 20a ist beweglich. Aufgrund der Beweglichkeit der Platte 20a ist es demnach möglich, die an der Seitenplatte befestigte Dehydrierbaugruppe aus dem Gehäuserahmen zu entfernen. In der rückseitigen Seitenplatte 20a des Gehäuses (der besseren Übersicht wegen nicht gezeigt) sind ebenfalls die notwendigen Anschlüsse z.B. zur Energieabfuhr, Wasserabfuhr oder Substratabfuhr vorgesehen. Zwischen Dehydrierbaugruppe 2 und dem Gehäuseboden 20b besteht ein Abstand, in welchem die Steuerungselektronik 40 für die Dehydrierbaugruppe 2 angeordnet. Zwischen Steuerungselektronik 40 und Dehydrierbaugruppe 1 sind die für den Betrieb der Dehydrierbaugruppe 2 notwendigen Pumpen und Ventile vorgesehen (der besseren Übersicht wegen nicht gezeigt).

Dehydrierreaktor 2a und Brennstoffzelle 2b sind durch eine druckbeaufschlagte Leitung 2c verbunden, durch die der im Dehydrierreaktor 2a freigesetzte gasförmige Wasserstoff vom Dehydrierreaktor 2a zur Brennstoffzelle 2b geführt wird.

Figur 2b zeigt den schematischen Aufbau des Dehydrierreaktors 2a.

Der Dehydrierreaktor 2a ist als horizontaler Reaktor mit drei Kompartiments gestaltet. Die Kompartiments werden durch zwei Leitbleche 60 gebildet, die sich jeweils vom Boden des horizontalverlaufenden Reaktors vertikal in das Reaktorinnere erstrecken. Die Höhe der Leitbleche variiert. So nimmt gemäß der Ausführungsform der Figur 2b die Höhe der Leitbleche in Strömungsrichtung des flüssigen Wasserstoffträgers (hydriertes Substrat SH ₂ ) ab.

In den Kompartiments sind jeweils Katalysatorschüttungen 61 vorgesehen. Die Katalysatorschüttungen sind in Drahtbehältern und weisen einen Abstand vom Boden des Reaktors auf, damit ein Eintritt des flüssigen hydrierten Substrates in die Katalysatorschüttung nahe am Boden des Reaktors ermöglicht wird und das hydrierte Substrat die Katalysatorschüttung von unten nach oben unter Wasserstofffreisetzung durchströmen kann.

Die Katalysatorschüttung 61 weist zudem in jedem Kompartiment einen Abstand zum Ende des jeweiligen Leitbleches auf, der mit Flüssigkeit gefüllt ist. So ist die Katalysatorschüttung mit dem flüssigen dehydrierten Substrat oder einem Gemisch aus hydrierten und dehydrierten Substrat bedeckt. Die Katalysatorschüttung ist zudem so angeordnet, dass zwischen Katalysatorschüttung eines Kompartiments und dem in Strömungsrichtung vorhergehenden Leitblech ein vorgesehen ist.

Die für den Dehydrierreaktor 2a notwendige thermische Energie wird durch eine Heizvorrichtung 62 bereitgestellt, die jeweils am Boden von jedem Kompartiment bzw. unterhalb von jedem Kompartiment des Dehydrierreaktors angeordnet ist. Der Zustrom des hydrierten Substrates in den Dehydrierreaktor 2a erfolgt horizontal z.B. von rechts nach links. Im ersten Kompartiment strömt das hydrierte Substrat durch die Katalysatorschüttung bevorzugt von unten nach oben bedingt durch den Auftrieb des in der Katalysatorschüttung freigesetzen Wasserstoffes angetrieben. Der Wasserstoff wird im oberen Teil des Reaktors abgeführt. Das nach Wasserstofffreisetzung im ersten Kompartiment gebildete Gemisch aus hydrierten und dehydrierten Substrat wird in das zweite Kompartiment weitergeleitet, wo sich der Vorgang wiederholt. Das Volumen des gebildeten Wasserstoffs ist abhängig von der Länge und Höhe des Deyhdrierreaktors 2a (siehe auch Fig. 2b).

Der Dehydrierreaktor 2a ermöglicht die Bereitstellung einer thermischen Wasserstoffleistung von 66 kW. Dies ergibt eine elektrische Ausgangsleistung der Brennstoffzelle von 33 kW.

In Figur 3 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung schematisch am Beispiel eines Schiffes als mobile Einrichtung dargestellt.

Als Energiequelle bzw. energieerzeugende Anlage V wird eine photovoltaische Anlage bevorzugt mit mehreren auf dem Schiff angeordneten Solarzellenpaneelen verwendet. Diese Paneele sollten bevorzugt so angeordnet sein, dass eine größtmögliche Ausbeute der Sonneneinstrahlung gewährleistet ist. So können die Solarpaneele z.B. jeweils auf den verschiedenen Schiffsdecks, seitlich aufklappbar an der Schiffseite oder in Form einer ausziehbaren Plane u.ä. angeordnet werden. Die photovoltaische Anlage V ermöglicht die Erzeugung von Gleichstrom, mit dem risikolos Wasserstoff im Folgenden in der Hydrierbaugruppe 1 angeordneten Elektrolyseur 1 a produziert werden kann.

Der produzierte Gleichstrom wird in dem Elektrolyseur 1 a z.B. einen PEM-Elektrolyseur eingeführt, der in Form einer rückwärts als Elektrolysezelle arbeitenden PEM-Brennstoffzelle ausgeführt ist.

Die Elektrolyse verläuft exotherm und die während der Elektrolyse entstandene Wärme kann sofort z.B. für die Warmwasserversorgung oder Heizung des Schiffes verwendet werden. Insofern ist der Wirkungsgrad der verwendeten Elektrolysezellen nicht entscheidend.

Das für den Elektrolyseur 1 a benötigte Wasser H ₂ 0 wird in einem Speichertank 7 gelagert, kann aber auch unmittelbar aus der in der Dehydrierbaugruppe 2 vorgesehenen Brennstoffzelle 2b stammen. Der erzeugte Wasserstoff wird sofort ohne Zwischenspeicherung zur Hydrierung des Substrates S z.B. N-Ethylcarbazol bzw. seinen teilhydrierten energiereicheren Pendants benutzt. Dazu wird der Tankinhalt durch den Hydrierreaktor 1 b gepumpt und teilhydriert. Eine Vollhydrierung ist nicht notwendig. Im Hydrierreaktor 1 b findet entsprechend die Bildung eines zumindest teilhydrierten Substrates SH ₂ statt.

Bei der Energieentnahme wird der (teil)-hydrierte Inhalt SH ₂ des Speichertankes 4 z.B. in Form von N-Ethyl-perhydrocarbazol durch den endotherm arbeitenden Dehydrierreaktor 2a geführt und dabei Wasserstoff H ₂ freigesetzt und das dehydrierte Substrat S wiedergewonnen.

Der Wasserstoff H ₂ wird in der Brennstoffzelle 2b z.B. einer PEM-Brennstoffzelle in Elektrizität, Wasser und Wärme gewandelt. Das Wasser steht ggf. zur Elektrolyse bereit, die Wärme dient zur Heizung des Dehydrierreaktors und zur Hauswärmeversorgung.

Der für die Wasserstoffoxidation in der Brennstoffzelle 2b notwendige Sauerstoff 0 ₂ ist in einem Speichertank 8 gelagert, kann aber auch unmittelbar aus der Umgebungsluft gewonnen werden.

Die in Form von elektrischem Strom in der Brennstoffzelle 2b freigesetzte Energie wird zum Antrieb des Schiffes oder auch für andere Zwecke verwendet.

Gemäß der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform wird das im Dehydrierreaktor 2a dehydrierte Substrat S z.B. N-Ethylcarbazol in den Speichertank 4 rückgeführt und vom Speichertank 4 in den Hydrierreaktor 1 b zur erneuten Hydrierung geleitet.

Der Speichertank 4 dient insofern sowohl der Speicherung des hydrierten als auch des dehydrierten Substrates.

Die Ausführungsform der Figur 4 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform der Figur 3 insofern darin, dass eine getrennte Speicherung von hydrierten und dehydrierten Substrat erfolgt.

So wird gemäß der Ausführungsform der Figur 4 das dehydrierte Substrat in einen zweiten, separaten Speichertank 9 zur Zwischenspeicherung geleitet, bevor es von dort dem Hydrierreaktor 1 b wieder zur Verfügung gestellt wird. Aus der Figur 5 ist eine weitere Variante der Anordnung zu entnehmen, in welcher der im Elektrolyseur 1 a freigesetzte Sauerstoff über den Speichertank 8 in die Brennstoffzelle 2b einführbar ist. Entsprechend ist es auch möglich, dass das in der Brennstoffzelle 2b entstandene Wasser über den Speichertank 7 in den Elektrolyseur 1 a eingeleitet wird.

1 . Ausführunqsbeispiel

Die Grundlage des Beispiels bildet die Bauform der U-Bootreihe U212A, die mit einer PEM- Brennstoffzellenanordnung mit einer Gesamtleistung von 306 kW elektrisch ausgerüstet ist. Der Wirkungsgrad beträgt 65% , die der Brennstoffzelle zugeführte Energie ist somit 471 kW thermisch. Die Versorgung erfolgt mit LOHC System H12-NEC/NEC n. Die Dichte beider Stoffe wird zu 1 g/mL angenommen, was mit ausreichender Genauigkeit den wirklichen Verhältnissen entspricht.

Theoretisch sind in einem kg/Liter H12-NEC 58 g Wasserstoff gespeichert, nutzbar sind jedoch nur 52 g, damit ist in einem Liter H12-NEC 1 ,9 kWh thermische Energie gespeichert, um die Leistung von 471 kW zu erreichen, müssen also pro Stunde 471/1 ,9 = 248 kg/Liter H12-NEC umgesetzt werden. Soll das Unterwasserschiff mit maximaler Leistung 24h unter Wasser fahren, ist ein Vorratsspeicher an energiereicher Form von 5952 Litern gleich 5952 kg notwendig.

2. Ausführunqsbeispiel

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind an Bord einer Yacht 220.000 I des LOHC- Systems vorhanden. Dies ermöglicht eine Fahrzeit von ca. 550 Stunden bei einer Antriebsleistung von 400 kW. Mit einer Antriebsleistung von 400 kW können wiederum 10kn realisiert werden, was 5.500 sm entspricht.

Verqleichsbeispiel

Die Grundlage ist die gleiche wie im 1 . Ausführungsbeispiel, jedoch soll der Metallhydridspeicher TiNi-Ti2Ni mit einer Speicherdichte von 1 kWh/Liter Volumen genutzt werden, was etwa 2 kg entspricht. Um die thermische Leistung von 471 kW abzubilden, muss ein Volumen von 471 Litern bereitstehen. Für eine 24h Fahrt ist somit das Volumen von 1 1 .304 Litern oder 22.608 kg bereitzuhalten. Gewichtsbezogen muss also fast 4 mal mehr Gewicht bereitgehalten werden. Selbst eine Optimierung des Metallhydridspeichers um den Faktor 2 macht das System weniger effizient als die vorliegende Erfindung.