Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND DEVICE FOR SPLITTING WATER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/110354
Kind Code:
A1
Abstract:
Method for splitting water (3), in which an element (8) comprising pyroelectric material (5) is subject to temperature variations over time, whereupon electric charges are generated on electrodes (14) of the element (8), characterized in that the charges generated in said manner are discharged to an electrolytic cell (10).

Inventors:
BALDAUF MANFRED (DE)
HAMMER THOMAS (DE)
KOSSE SYLVIO (DE)
MEYER BERND (DE)
MEYER DIRK C (DE)
ZIMMERMANN GERHARD (DE)
Application Number:
PCT/EP2012/052002
Publication Date:
August 23, 2012
Filing Date:
February 07, 2012
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SIEMENS AG (DE)
BALDAUF MANFRED (DE)
HAMMER THOMAS (DE)
KOSSE SYLVIO (DE)
MEYER BERND (DE)
MEYER DIRK C (DE)
ZIMMERMANN GERHARD (DE)
International Classes:
C01B3/04
Domestic Patent References:
WO2009127759A12009-10-22
Foreign References:
JP2011026182A2011-02-10
US20080223713A12008-09-18
US20070205111A12007-09-06
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Spaltung von Wasser (3) wobei ein Element (8) mit pyroelektrischem Material (5) einer zeitlichen Tempe- raturänderung unterliegt, worauf an Elektroden (14) des Elements (8) elektrische Ladungen erzeugt werden, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die so erzeugten Ladungen an eine Elektro¬ lysezelle (10) abgeleitet werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlich Temperaturänderung durch ein Wärmeübertragungsmedium (16) erzeugt wird, das Abwärme aus einem weiteren thermischen Prozess enthält. 3. Vorrichtung zur Spaltung von Wasser umfassend ein Element (8) mit einem pyroelektrischen Material (5), eine Temperiervorrichtung (4) sowie eine Elektrolysezelle (10), wobei die Temperiervorrichtung (4) zur Übertragung von Wärme dient, die eine zeitliche Temperaturänderung im Element (8) hervorruft und wobei an dem Element ferner zwei Elektroden (14) angeord¬ net sind, an der unterschiedliche Ladungen anliegen, die elektrisch leitend mit der Elektrolysezelle (10) verbunden sind .

Description:
Beschreibung

Verfahren zur Spaltung von Wasser und Vorrichtung zum Spalten von Wasser

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spalten von Wasser nach Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung zum Spalten von Wasser nach Patentanspruch 3. Wasserstoff wird zunehmend ein wichtiger Rohrstoff in der chemischen Industrie. Dieser wird heute fast ausschließlich aus fossilen Energieträgern, insbesondere durch Elektrolyse, erzeugt. Selbst wenn vermehrt Überschussstrom aus erneuerba ¬ ren Energiequellen für die Wasserstofferzeugung herangezogen werden kann, sind bis dato fossile Energieträger in absehbarer Zukunft für die Bereitstellung von Strom zur Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff unverzichtbar.

Zur Reduzierung des Treibhauseffektes ist es jedoch notwen- dig, die Anwendung fossiler Brennstoffe zu reduzieren, weshalb der Erfindung die Aufgabe zugrunde liegt, eine Vorrich ¬ tung und ein Verfahren zur Spaltung von chemischen Verbindungen, insbesondere von Wasser, bereitzustellen, durch die der Bedarf an fossilen Brennstoffen zur Erzeugung von elektri- schem Strom verringert wird.

Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Verfahren zum Spalten von Wasser nach Patentanspruch 1 sowie in einer Vorrichtung zur Spaltung von Wasser nach Anspruch 3.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Spaltung von Wasser zeichnet sich dadurch aus, dass ein Element mit pyroelektrischem Material einer zeitlichen Temperaturänderung unterliegt. An dem Element sind Elektroden angeordnet, an denen aufgrund des pyroelektrischen Effektes elektrische Ladungen anliegen. Die Erfindung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die so erzeugten Ladungen an eine Elektrolysezelle abgeleitet werden und in der Elektrolysezelle Wasser zu Wasserstoff und Sauer ¬ stoff elektrolysiert wird.

In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung wird die zeitliche Temperaturänderung durch ein Wärmeübertragungsmedi- um erzeugt, das Abwärme aus einem weiteren thermischen Pro- zess enthält.

Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Spaltung von Wasser, umfassend ein Element mit einem pyroelektrischen Material, eine Temperiervorrichtung sowie eine Elektrolysezelle. Die Temperiervorrichtung dient zur Übertra ¬ gung von Wärme, die eine zeitliche Temperaturänderung im Element hervorruft. Ferner sind an dem Element zwei Elektroden angeordnet, an denen unterschiedliche Ladungen anliegen. Die Ladungen werden von dem pyroelektrischen Material bei dessen Temperaturänderung erzeugt. Die elektrisch geladenen Elektroden sind mit einer Elektrolysezelle elektrisch leitend ver ¬ bunden .

Durch das Element mit dem pyroelektrischen Material kann insbesondere unter Nutzung von Abwärme aus thermischen Prozessen die Elektrolyse von Wasserstoff zu Wasser bewirkt werden. So ¬ mit bewirkt insbesondere die Abwärme, die alternativ unge ¬ nutzt an die Atmosphäre abgegeben werden würde, als treibende Kraft die Herstellung von energetisch nützlichem Wasserstoff und Sauerstoff.

Weitere Ausgestaltungsformen und weitere Merkmale der Erfindung sind anhand der folgenden Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen:

Figur 1 eine Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser mittels pyroelektrischen Materials nach dem Stand der Technik und

Figur 2 eine Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus

Wasser unter Anwendung eines pyroelektrischen Materials. In Figur 1 ist eine labormäßige Versuchsanordnung zur Erzeugung von Wasserstoff und Wasser nach dem Stand der Technik schematisch dargestellt. Hierbei wird ein Kolben, der Wasser 3 sowie pyroelektrisches Material 5, beispielsweise Ni- oblanthanat umfasst, in ein Wärmeübertragungsmedium 16, insbesondere Wasser, gegeben. Das Wasser 16 wird aufgeheizt und wieder abgekühlt, wobei dessen Wärme bzw. negative Wärme an den Kolben übertragen wird und somit auch auf das pyroe- lektrische Material 5 übertragen wird. Die Kristallite des pyroelektrischen Materials 5 sind so ausgestaltet, dass sich an den Enden der Kristallite unterschiedliche Ladungen auf ¬ bauen. Diese Polarisierung führt dazu, dass eine Kristall ¬ oberfläche des pyroelektrischen Materials 5 das Wasser 3, das diese Kristallite umgibt, in Wasserstoff und Sauerstoff ge ¬ spalten wird. Der Wasserstoff und der Sauerstoff steigen als Gasgemisch in dem Kolben auf und werden über eine Röhre abgeführt. Hierbei handelt es sich jedoch um ein hochexplosives Knallgasgemisch, das zur sicheren Aufbewahrung und zur weite- ren technischen Nutzung chemisch voneinander getrennt werden muss .

In Figur 2 hingegen ist eine Vorrichtung gezeigt, in der der pyroelektrische Effekt genutzt werden kann, um eine Elektro- lysezelle zu betreiben, in der Wasser zu Wasserstoff und Sau ¬ erstoff zerlegt und wobei beide Gase von vorneherein vonein ¬ ander getrennt anfallen.

Die Vorrichtung 2 nach Figur 2 umfasst zunächst einmal ein Element 8, das wiederum pyroelektrisches Material 5 enthält. Das Element 8 ist in Figur 2 exemplarisch als quaderförmige Zelle dargestellt. An zwei Oberflächen des Elementes 8 sind Elektroden 14 angeordnet. Ferner umfasst die Vorrichtung 2 eine Temperiervorrichtung 4, die das Element 8, hier schema- tisch dargestellt, umgibt und dieses temperiert. Hierzu wird durch Temperierkanäle 22 das Wärmeübertragungsmedium 16 geleitet. Die Temperiervorrichtung 4 ist so ausgestaltet, dass eine zeitliche Veränderung der Temperatur am Element 8 ent- steht. Das Element 8 wird somit abwechselnd aufgeheizt und abgekühlt. Durch diesen zeitlich Temperaturgradienten werden an Kristalliten des pyroelektrischen Materials 5 Ladungen erzeugt, die an die Elektroden 14 wandern. Von den Elektroden 14 aus werden die Ladungen über eine elektrische Verbindung 21 zu einer Elektrolysezelle 10 geleitet. Die Elektolysezelle 10 weist eine erste Teilzelle 17 sowie eine zweite Teilzelle 19 auf, die durch ein Trennelement 20 voneinander getrennt sind. Ferner weist jede der Teilzellen eine Elektrolyseelekt- rode 18 auf, wobei analog zu den Elektroden 14 an jeder Teil ¬ zelle eine andere Polarisierung der Ladung anliegt.

Ferner ist in der Elektrolysezelle 10 Wasser als flüssiges Medium enthalten, in das die Elektrolyseelektroden 18 einge- taucht sind. Durch die anliegenden unterschiedlichen Ladungen in beiden Teilzellen 17 und 19 wird das Wasser elektrolytisch gespalten und zu Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Der Was ¬ serstoff und der Sauerstoff liegen nun getrennt vor und kön ¬ nen als relativ reine Gase abgegriffen werden.

Der Vorteil dieser Erfindung besteht im einen gegenüber dem Stand der Technik darin, dass die Gase in reiner Form getrennt anfallen und getrennt weiterverarbeitet werden können. Insbesondere Wasserstoff kann für weitere chemische Prozesse genutzt werden.

Ein weiterer vorteilhafter Effekt besteht darin, dass insbesondere Abwärme aus industriellen Prozessen die Energie für die Elektrolyse bereitstellt.