Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Kleinkraftwerk gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren Betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von hochreinem Wasserstoff aus einem Pyrolysegas gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abscheidung von Wasserstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6 bzw. 9.

Bekannte Kleinkraftwerke der eingangs genannten Art weisen einen Reaktor zur Erzeugung von Pyrolysegas aus z.B. nachwachsenden Rohstoffen auf. Das darin erzeugte Pyrolysegas, welches ein Gasgemisch aus unter anderem Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Methan ist, wird gekühlt und gewaschen und sein Kohlendioxid-Gehalt reduziert. Das erhaltene Brenngas wird dann einer Verbrennungskraftmaschine zur Verbrennung zugeführt, wodurch z.B. elektrische Energie und Verbrennungswärme nutzbar gemacht werden. Es ist weiterhin bekannt, den im Pyrolysegas enthaltenen Wasserstoff abzuscheiden, um ihn für andere Verwendungen nutzbar zu machen.

Zur Gewinnung von reinem oder zumindest größtenteils reinem Wasserstoff sind Vorrichtungen bzw. Verfahren bekannt, bei denen der Wasserstoff mittels großem Druck und sehr niedriger Temperatur aus anderen Gasen bzw. Gasgemischen durch Verflüssigung abgetrennt werden kann. Dies ist extrem energieaufwendig und damit teuer. Außerdem kann mit diesen Vorrichtungen bzw. Verfahren kein hochreiner Wasserstoff erzeugt werden, da auch andere Gase bzw. Fremdstoffe in der dann flüssigen Wasserstoffphase verbleiben. Der erzeugte bzw. abgetrennte Wasserstoff ist damit immer zumindest leicht verunreinigt bzw. zumindest nicht hochrein.

Die bekannten Kleinkraftwerke weisen den Nachteil auf, dass der Abscheidungsgrad sowie der Mengendurchsatz an Wasserstoff gering sind. Damit wird nur ein geringer Teil des Wasserstoffs für weitere Prozesse nutzbar gemacht. Ebenso weisen bekannte Verfahren den Nachteil auf, dass nur ein geringer Teil des Wasserstoffs nutzbar gemacht werden kann. Bekannte Vorrichtungen und Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff weisen den Nachteil auf, dass diese nur mit hohem Energieeinsatz betrieben werden können und kein reiner bzw. hochreiner Wasserstoff damit erzeugt werden kann.

Davon ausgehend ist die Aufgabe der Erfindung, ein Kleinkraftwerk zu schaffen, welches den im Pyrolysegas enthaltenen Wasserstoff einfach und in großen Mengen nutzbar macht. Des Weiteren ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu schaffen, welches die einfache Abscheidung von hochreinem Wasserstoff aus Pyrolysegas ermöglicht. Außerdem besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die Wasserstoff auf einfache Weise und ohne hohen Energieaufwand aus verschiedenen Gasgemischen abscheiden kann.

Ein Kleinkraftwerk zur Lösung der genannten Aufgabe weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Demnach ist im Gasstrom zwischen dem Reaktor und der Verbrennungskraftmaschine eine Vorrichtung zur Abscheidung hochreinen Wasserstoffs angeordnet, wobei die Vorrichtung zur Abscheidung von hochreinem Wasserstoff aus dem Pyrolysegas ein einen Innenraum umgebendes Gehäuse mit zumindest einer, im Gehäuse angeordneten, einen mit Pyrolysegas zumindest teilweise gefüllten Bereich abtrennenden semipermeable Trennwand aufweist. Eine solche Vorrichtung trennt den Wasserstoff vom übrigen Pyrolysegas. Damit ist der Wasserstoff getrennt vom übrigen Pyrolysegas, welches als Brenngas z.B. der Verbrennungskraftmaschine zuführbar ist, zur Erzeugung von elektrischer Energie, z.B. in einer Brennstoffzelle, verwendbar.

Bevorzugt weist der zumindest teilweise mit Pyrolysegas gefüllte Bereich zumindest einen Zufluss und einen Abfluss und der zumeist mit Wasserstoff gefüllte Bereich zumindest einen Abfluss auf. Damit wird erreicht, dass das vom Reaktor in die Vorrichtung geleitetes Pyrolysegas durch den Zufluss in den zumindest teilweise mit Pyrolysegas gefüllten Bereich eingeleitet werden kann. Sodann kann der Wasserstoff mittels der semipermeablen Trennwand vorzugsweise größtenteils aus dem Pyrolysegas abgeschieden werden und das vom Wasserstoff vorzugsweise größtenteils befreite Pyrolysegas als Brenngas vom Abfluss der Verbrennungskraftmaschine zugeleitet werden. Der Wasserstoff kann durch den Abfluss des zumeist mit Wasserstoff gefüllten Bereiches abgeführt und anderweitig verwendet werden.

Vorzugsweise weist das Gehäuse zumindest eine Außenwand aus einem Edelstahl auf. Edelstahl ist für Wasserstoff nicht permeabel. Die Außenwand des Gehäuses kann damit als Sammelbehälter für den abgeschiedenen Wasserstoff dienen. Der aus den Trennwänden austretende Wasserstoff kann innerhalb des Gehäuses aufgefangen werden und kann mittels eines angeschlossenen Ableitungsrohres in einen Speicherbehälter gefördert werden. Besonders bevorzugt weist das Gehäuse auf einer dem zumeist mit Wasserstoff gefüllten Bereich zugewandten Innenseite eine Beschichtung aus Emaille auf. Diese Beschichtung ist besonders undurchlässig für den Wasserstoff, so dass dieser noch zuverlässiger gesammelt wird und nicht entweichen kann.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung zur Abscheidung hochreinen Wasserstoffs eine semipermeable Trennwand aus ferritischem Eisen bzw. aus Roheisen zur Abscheidung des Wasserstoffs auf. Besonders bevorzugt kann Reineisen Verwendung finden, wobei dies einen Eisenanteil von vorzugsweise mehr als 99,8% hat. Entscheidend für den Wasserstoffdurchtritt durch diese semipermeable Trennwand ist deren hoher Eisengehalt und ein niedriger Gehalt an Fremdstoffen. Eine Trennwand aus ferritischem Eisen bzw. Roheisen oder Reineisen zeichnet sich dadurch aus, dass nur Wasserstoff diese durchdringen kann. Übrige Bestandteile des Pyrolysegases, wie z.B. Methan, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid werden von der Trennwand aus ferritischem Eisen bzw. Roheisen zurückgehalten und begünstigen sogar den Durchtritt des Wasserstoffs. Auf diese Weise ist mit geringem Materialaufwand die Abscheidung von Wasserstoff möglich. Die Wasserstoffatome werden auf der Oberfläche der semipermeablen Trennwand, an der eine hohe Wasserstoffkonzentration vorliegt, vom Eisen unter Verlust ihres Elektrons adsorbiert. Die so entstehenden Wasserstoffrümpfe können, durch den Gitteraufbau des ferritischen Eisens bzw. des Roheisens oder Reineisens begünstigt, durch den Wandkörper wandern. Hierbei ist die treibende Kraft das Konzentrationsgefälle des Wasserstoffs. An der Oberfläche des Wandkörpers, welche eine niedrige Wasserstoffkonzentration aufweist, rekombiniert der Wasserstoff mit einem im Eisen gelösten Elektron wieder zu einem Wasserstoffatom. Somit wird nur der Wasserstoff durch den Wandkörper geleitet, andere Gase werden auf Grund ihrer wesentlich größeren Atome zurückgehalten. Besonders ausgeprägt ist dieser Effekt bei einer semipermeablen Trennwand aus Reineisen, so dass größere Mengen Wasserstoff mit einer solchen Trennwand abgeschieden werden können. Bevorzugt ist die zumindest eine semipermeable Trennwand ein Rohr aus ferritischem Eisen bzw. Roheisen oder Reineisen, durch das das Pyrolysegas hindurchführbar ist. Die rohrförmige Ausbildung der semipermeablen Trennwand ermöglicht einen einfachen Aufbau der Vorrichtung. Weiterhin ist damit eine große Oberfläche der semipermeablen Trennwand ohne hohen konstruktiven Aufwand zu erreichen. Zudem ist eine rohrförmige semipermeable Trennwand bestmöglich druckstabil gegenüber dem eventuell unter Überdruck eingeführten Pyrolysegas.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung sind innerhalb des Gehäuses der Vorrichtung mehrere, vorzugsweise gleiche Rohre aus ferritischem Eisen bzw. Roheisen oder Reineisen angeordnet. Diese Anordnung macht die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders kompakt. Die Rohre dienen zur Durchleitung des Wasserstoffreichen Pyrolysegases, wogegen der Raum außerhalb der Rohre, jedoch innerhalb des Gehäuses, zur Aufnahme und Ableitung des hochreinen Wasserstoffs dient. Durch die Ausbildung als Rohre ist die Oberfläche der semipermeablen Trennwand gegenüber der Größe der gesamten Vorrichtung besonders groß. Vorzugsweise sind die Rohre innerhalb des Gehäuses in einem gleichen Abstand zueinander angeordnet und weitestgehend gleich ausgebildet.

Bevorzugt ist innerhalb des Gehäuses je eine Kammer angeordnet zur Aufteilung des Gasflusses in die Rohre und zur Zusammenführung des Gasflusses aus den Rohren. Diese Kammern ermöglichen den Anschluss der Vorrichtung durch je ein Rohr, welches in die jeweilige Kammer mündet bzw. aus der jeweiligen Kammer herausführt. Damit wird der Anschluss der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders einfach gestaltet.

Besonders bevorzugt sind vor und/oder innerhalb des mindestens einen Rohres zur Bildung der semipermeablen Trennwand Mittel angeordnet zur Turbulenthaltung der Strömung innerhalb des Rohres. Diese Mittel sind beispielsweise aus der Wandung des Rohres hervorstehende Leitbleche oder dergleichen. Die Turbulenthaltung der Strömung bewirkt eine Erhöhung des Diffusionsgrades des Wasserstoffs durch die semipermeable Trennwand, da die Auftreffwahrscheinlichkeit der Wasserstoffmolekühle an der semipermeablen Trennwand durch eine turbulente Strömung erhöht wird.

Vorzugsweise ist das der Vorrichtung zugeführte Pyrolysegas heiß zuführbar, insbesondere Heizbar. Es hat sich herausgestellt, dass die Menge des durch die semipermeable Trennwand hindurchtretenden Wasserstoffs aus dem Pyrolysegas durch eine hohe Temperatur unter bestimmten Vorraussetzungen vergrößert wird. Bevorzugt liegt diese Temperatur im Bereich von 400°C. Insbesondere kann das aus dem Reaktor zur Erzeugung von Pyrolysegas heiß austretende Pyrolysegas der Vorrichtung so zugeführt werden, dass seine Temperatur im Bereich von 400°C liegt. Dann ist keine zusätzliche Heizung notwendig. Es ist jedoch auch denkbar, das Pyrolysegas auf eine Temperatur nahe der Raumtemperatur zuzuführen.

Weiterhin hat es sich als besonders Vorteilhaft herausgestellt, wenn das Gehäuse und/oder der Innenraum des Gehäuses der Vorrichtung kühlbar ist. Kühlere Temperaturen an der der Innenwand des Gehäuses und damit dem zumeist mit Wasserstoff gefüllten Bereich des Gehäuses zugewandten Seite der semipermeablen Trennwand begünstigt die Rekombination des Wasserstoffs und steigert somit das Diffusionsgefälle an der Trennwand von der zumindest teilweise mit Pyrolysegas umgebenen Seite zu der zumeist mit Wasserstoff umgebenen Seite der semipermeablen Trennwand.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Rohr, vorzugsweise alle Rohre, zur Bildung der semipermeablen Trennwand Bereiche geringer Wandstärke und Bereiche hoher Wandstärke auf. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht im Bereich geringer Wandstärken eine Steigerung der Diffusion des Wasserstoffs durch die semipermeable Trennwand. Die Bereiche größerer Wandstärke dienen zur Stabilisierung der Rohrwandung gegen den eventuell hohen Innendruck des Pyrolysegases.

Vorzugsweise sind die Bereiche großer Wandstärke netzartig ausgebildet. Eine solche netzartige Stützstruktur macht eine rohrförmig ausgebildete semipermeable Trennwand besonders stabil. Weiterhin ist es vorteilhaft, die netzartige Stützstruktur gleichmäßig bzw. annähernd gleichmäßig auszubilden. Es ist zudem denkbar, die Bereiche geringer Wandstärke zumindest annähernd in Form von Rechtecken auszubilden. Vorzugsweise sind dabei alle Bereiche geringer Wandstärke gleich geformt. Diese, gleichmäßige Ausbildung der Bereiche geringer Wandstärke sind mit einfachen Mitteln herstellbar. Die Annordnung der rechteckigen oder zumindest annähernd rechteckigen Bereiche geringer Wandstärke in Richtung der Längserstreckung des jeweiligen Rohres lässt eine besonders stabile netzartige Stützstruktur durch die Bereiche größerer Wandstärke zu.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die semipermeable Trennwand magnetisch anregbar, vorzugsweise durch ein magnetisches Wechselfeld. Ein Magnetfeld, vorzugsweise ein magnetisches Wechselfeld begünstigt die Diffusion von Wasserstoffrümpfen durch die semipermeable Trennwand derart, dass der Wasserstoffdruchsatz signifikant erhöht wird. Dies liegt darin begründet, dass die Wasserstoffrümpfe als geladene Teilchen durch das Magnetfeld eine Kraft senkrecht zur Oberfläche der semipermeablen Trennwand erfahren. Demnach wird durch die magnetische Anregung die Menge des abgeschiedenen Wasserstoffs erhöht.

Besonders bevorzugt ist eine, vorzugsweise jede, als Rohr, also rohrförmig, ausgebildete semipermeable Trennwand umgeben von einem elektrischen Leiter, der mit einem elektrischen Strom, vorzugsweise einem elektrischen Wechselstrom, beaufschlagbar ist. Besonders bevorzugt ist der elektrische Leiter spulenförmig um die rohrförmige semipermeable Trennwand angeordnet. Eine derartige Anordnung liefert ein magnetisches Wechselfeld, welches im Wesentlichen in Richtung der Längsausdehnung der rohrförmigen semipermeablen Trennwand verläuft. Damit werden die Wasserstoffrümpfe senkrecht dazu, nämlich radial zur Längsachse der rohrförmigen semipermeablen Trennwand, zur Diffusion durch die semipermeable Trennwand angeregt. Damit wird die Wasserstoffabscheidung zusätzlich erhöht.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist jeder spulenförmige elektrische Leiter als Rohr ausgebildet, das vorzugsweise von einem Fluid, das zur Kühlung des Leiters nutzbar ist, durchflössen wird. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, dass der Leiter gekühlt wird und demnach seine elektrische Leitfähigkeit erhöht wird. Dadurch wird das magnetische Feld verstärkt. Weiterhin wird durch den Leiter, der aufgrund seiner Anordnung um die rohrförmige semipermeable Trennwand herum in einem Bereich hoher Wasserstoffkombination, nämlich auf der Seite der Trennwand, in deren Richtung der Wasserstoff abgeschieden wird, angeordnet ist, der betreffende Bereich gekühlt. Dadurch wird die Rekombination von Wasserstoff begünstigt und der Wasserstoffdurchsatz erhöht. Vorzugsweise ist das Fluid zur Kühlung elektrisch nicht leitend. Hierzu kann beispielsweise entsalztes bzw. destilliertes Wasser als Fluid verwendet werden.

Bevorzugt ist zwischen dem Reaktor und der Verbrennungskraftmaschine ein Kühler, insbesondere ein Kühler und ein dem Kühler nachgeordneter Gaswäscher angeordnet. Üblicherweise verlässt das Pyrolysegas den Reaktor mit einer Temperatur von etwa 800°C bis 1200°C. Ein Kühler bringt das Pyrolysegas auf ein niedrigeres Temperaturniveau, beispielsweise auf eine Temperatur von 400°C. Das auf diese Temperatur abgekühlte Pyrolysegas ist dann der Vorrichtung zur Abscheidung von Wasserstoff zuführbar. Aufgrund der Ausbildung der semipermeablen Trennwand aus ferritischem Eisen bzw. Roheisen oder Reineisen ist dieselbe nicht so temperaturfest, dass das Pyrolysegas mit 1200°C zuführbar wäre. Demnach ist es notwendig, für die Vorrichtung das Pyrolysegas mit einer niedrigeren Temperatur bereitzustellen. Mittels des Kühlers kann das Pyrolysegas auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Bedarfsweise kann diese Temperatur auch im Bereich der Raumtemperatur liegen. Des Weiteren kann mittels eine Gaswäschers der Rauchgasanteil des Pyrolysegases soweit reduziert werden, dass die Vorrichtung zur Abscheidung des Wasserstoffs nicht verschmutzt. Dies reduziert den Reinigungsaufwand für ein erfindungsgemäßes Kleinkraftwerk deutlich. Die vom Kühler abgeführte Wärme kann dem Prozess an anderer Stelle, z.B. zum Vortrocknen des Brenngutes für den Pyrolysereaktor, wieder zugeführt werden. Dies verbessert die Energiebilanz des erfindungsgemäßen Kleinkraftwerks.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der abgeschiedene hochreine Wasserstoff mittels eines Kompressors in einem Wasserstoff-Druckspeicher speicherbar. Ein solcher Wasserstoff-Druckspeicher ermöglicht die Lagerung großer Mengen Wasserstoffs zur späteren Verwendung.

Ein Verfahren zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe weist die Maßnahmen des Anspruchs 4 auf. Demnach wird aus dem Pyrolysegas, bevorzugt vor der Zuführung desselben zu einer Verbrennungskraftmaschine, mittels eines Wasserstoffabscheiders mit einer semipermeablen Trennwand hochreiner Wasserstoff abgeschieden. Dadurch wird der Wasserstoff, welcher als hochwertiger Anteil des Pyrolysegases abgeschieden wird, als hochreines Gas für andere Verwendungen nutzbar und z.B. nicht mit dem übrigen Pyrolysegas als Brenngas der Verbrennungskraftmaschine zugeführt. Eine semipermeable Trennwand, welche bevorzugt nur für Wasserstoff permeabel ist, stellt sicher, dass nur der Wasserstoff abgeschieden wird. Damit kann besonders reiner, insbesondere hochreiner Wasserstoff abgeschieden werden. Dadurch, dass das vom Wasserstoff größtenteils befreite Pyrolysegas als Brenngas der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird, kann dasselbe in diesem verbrannt werden und mittels z.B. eines weiterhin angeschlossenen Generators elektrische Energie erzeugt werden. Die neben dem Wasserstoff im Pyrolysegas enthaltenen Gase, wie z.B. Methan und Kohlenmonoxid können mit wesentlich höherem Wirkungsgrad in der Verbrennungskraftmaschine verbrannt werden, als der Wasserstoff. Damit können die jeweiligen Gase zur Erzeugung von Energie einem Prozess mit dem jeweils optimalen Wirkungsgrad zugeführt werden.

Vorzugsweise wird der Wasserstoff mittels einer semipermeablen Trennwand aus ferritischem Eisen bzw. aus Roheisen oder Reineisen aus dem Pyrolysegas abgeschieden. Eine solche Trennwand ist besonders günstig herstellbar und macht das Verfahren wirtschaftlich. Eine Trennwand aus ferritischem Eisen bzw. Roheisen oder Reineisen zeichnet sich dadurch aus, dass nur Wasserstoff diese durchdringen kann, wie oben beschrieben. Übrige Bestandteile des Pyrolysegases, wie z.B. Methan, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid werden von der semipermeablen Trennwand aus ferritischem Eisen bzw. Roheisen oder Reineisen zurückgehalten. Auf diese Weise ist mit geringem Materialaufwand die Abscheidung von Wasserstoff möglich. Die Wasserstoffatome werden auf der Oberfläche der semipermeablen Trennwand, an der eine hohe Wasserstoffkonzentration vorliegt, vom Eisen unter Verlust ihres Elektrons adsorbiert. Die so entstehenden Wasserstoffrümpfe können, durch den Gitteraufbau des ferritischen Eisens bzw. des Roheisens oder Reineisens begünstigt, durch den Wandkörper wandern. Hierbei ist die treibende Kraft das Konzentrationsgefälle des Wasserstoffs. An der Oberfläche des Wandkörpers, welche eine niedrige Wasserstoffkonzentration aufweist, rekombiniert der Wasserstoff mit einem im Eisen gelösten Elektron wieder zu einem Wasserstoffatom. Somit wird nur der Wasserstoff durch den Wandkörper geleitet, andere Gase werden auf Grund ihrer wesentlich größeren Atome zurückgehalten.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird das Pyrolysegas mittels Strahlung, vorzugsweise Licht in einer Frequenz der Eigenresonanzen des Wasserstoffs, angeregt. Diese Anregung unterstützt die Dissoziation des Wasserstoffs an der semipermeablen Trennwand, so dass ein besonders hoher Wasserstoff-Massendurchsatz erreicht wird.

Bevorzugt wird das Verfahren unter erhöhtem Druck und/oder unter erhöhter Temperatur durchgeführt. Der Druck beträgt dabei vorzugsweise 10 bar, die Temperatur kann bis zu 400°C betragen, jedoch auch im Bereich der Raumtemperatur liegen. Diese Parameter begünstigen den Durchtritt von Wasserstoff durch die semipermeable Trennwand, während andere Gase im Pyrolysegas weiterhin zurückgehalten werden. Insbesondere eine Druckdifferenz zwischen den beiden Oberflächen der semipermeablen Trennwand erhöht den Wasserstoffdurchtritt erheblich.

Besonders bevorzugt wird die semipermeable Trennwand zur Vergrößerung des Wasserstoffdurchtritts mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt. Diese Elektrische Spannung wird bevorzugt als Wechselspannung oder als pulsierende Gleichspannung an die semipermeable Trennwand angelegt. Dieses Vorgehen steigert den Wasserstoffdurchsatz erheblich.

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens ist die semipermeable Trennwand mit einem magnetischen Feld, vorzugsweise einem magnetischen Wechselfeld beaufschlagbar. Dies steigert den Wasserstoffdurchsatz ebenfalls und kann auch in Kombination mit den vorherig oder nachfolgend genannten Maßnahmen durchgeführt werden.

Vorzugsweise wird dem Reaktor zur Erhöhung des Wasserstoffanteils im Pyrolysegas Wasserdampf zugeführt. Diese Maßnahme steigert den Wasserstoffausstoß im Pyrolyse- Reaktor bei gleichzeitiger Reduzierung der Kohlenmonoxid-Ausbeute. Das Wasser verändert die chemische Balance im Reaktor. Dadurch wird mehr Wasserstoff erzeugt, der abgeschieden werden kann.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird nach der Abscheidung des hochreinen Wasserstoffs aus dem Pyrolysegas, insbesondere aus dem gewaschenen Pyrolysegas, mittels eines Gasabscheiders der Kohlendioxidanteil des vom Wasserstoff größtenteils befreiten Rohgases reduziert. Damit wird das Pyrolysegas als Brenngas für die Verbrennungskraftmaschine bestmöglich konditioniert, so dass dieselbe wirtschaftlich betrieben wird. Das aus dem Prozess gewonnene Kohlendioxid kann einer anderweitigen Verwertung zugeführt werden.

Bevorzugt wird das gekühlte und gewaschene Pyrolysegas mittels eines Kompressors mit Überdruck dem Wasserstoffabscheider zugeführt. Durch den Überdruck des Pyrolysegases wird die Konzentration der darin enthaltenen Gase im Verhältnis zur wasserstoffseitigen Umgebung innerhalb des Wasserstoffabscheiders deutlich erhöht. Ein damit erreichtes größeres Konzentrationsgefälle erhöht die Neigung des Wasserstoffs durch die Trennwand zu treten. Dies erhöht den Massendurchsatz und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erheblich.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird der hochreine Wasserstoff mittels eines Kompressors in einen Wasserstoff-Druckspeicher gefördert. Der so gespeicherte Wasserstoff kann dann über längere Zeit gespeichert oder einer weiteren Verwendung zugeführt werden.

Vorzugsweise wird das Pyrolysegas mittels eines Kühlers und/oder Gaswäschers vor erreichen des Wasserstoffabscheiders herabgekühlt und/oder gereinigt bzw. gewaschen. Die Kühlung des Pyrolysegases erfolgt dabei vorzugsweise auf eine Temperatur, welche für den Betrieb des Wasserstoffabscheiders besonders günstig ist. Dies können z.B. 400°C sein, unter bestimmten Bedingungen aber auch weit weniger, nämlich eine Temperatur nahe der Raumtemperatur. Dadurch, dass das Pyrolysegas gereinigt bzw. gewaschen wird, werden dessen Rauchgasanteile sowie Ruß und anderer schädliche insbesondere feste Bestandteile des Pyrolysegases aus diesem entfernt. Damit ist das Pyrolysegas für nachfolgende Prozesse, insbesondere für den Wasserstoffabscheider, gut verwendbar und verschmutzt diesen z.B. nicht.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass nach der Abscheidung des hochreinen Wasserstoffs aus dem Pyrolysegas, insbesondere aus dem gewaschenen und/oder gekühlten Pyrolysegas mittels eines Gasabscheiders der Kohlendioxidanteil des vom Wasserstoff größtenteils befreiten Pyrolysegases reduziert wird.

Eine Vorrichtung zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe weist die Merkmale des Anspruchs 6 auf. Demnach weist die Vorrichtung eine semipermeable Trennwand aus ferritischem Eisen bzw. Roheisen oder Reineisen auf. Eine Trennwand aus ferritischem Eisen bzw. Roheisen oder Reineisen zeichnet sich dadurch aus, dass nur Wasserstoff diese durchdringen kann. Hierbei ist ein hoher Eisenanteil von vorzugsweise mehr als 99,8% entscheidend, zusammen mit einem geringen Anteil von Fremdstoffen. Übrige Bestandteile des Gasgemisches, welcher aus diversen Gasen bestehen kann, werden von einer solchen semipermeablen Trennwand aus ferritischem Eisen bzw. Roheisen oder Reineisen zurückgehalten und begünstigen sogar den Durchtritt des Wasserstoffs. Es hat sich herausgestellt, dass mittels dieser Vorrichtung die Abscheidung von Wasserstoff aus jedem Gasgemisch, das Wasserstoff enthält, möglich ist. Auf diese Weise ist mit geringem Materialaufwand die Abscheidung von Wasserstoff möglich. Die Wasserstoffatome werden auf der Oberfläche der semipermeablen Trennwand, an der eine hohe Wasserstoffkonzentration vorliegt, vom Eisen unter Verlust ihres Elektrons adsorbiert. Die so entstehenden Wasserstoffrümpfe können, durch den Gitteraufbau des ferritischen Eisens bzw. des Roheisens begünstigt, durch den Wandkörper wandern. Hierbei ist die treibende Kraft das Konzentrationsgefälle des Wasserstoffs. An der Oberfläche des Wandkörpers, welche eine niedrige Wasserstoffkonzentration aufweist, rekombiniert der Wasserstoff mit einem im Eisen gelösten Elektron wieder zu einem Wasserstoffatom. Somit wird nur der Wasserstoff durch den Wandkörper geleitet, andere Gase des Gasgemisches werden auf Grund ihrer wesentlich größeren Atome zurückgehalten.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung zur Abscheidung von Wasserstoff ein einen Innenraum umgebendes Gehäuse mit zumindest einer, im Gehäuse angeordneten, einen mit einem Teil des Gasgemisches zumindest teilweise gefüllten Bereich abtrennende semipermeable Trennwand aus ferritischem Eisen bzw. Roheisen oder Reineisen auf. Eine solche Vorrichtung trennt den Wasserstoff vom übrigen Gasgemisch. Damit ist der Wasserstoff getrennt vom übrigen Gasgemisch, welches z.B. als Brenngas z.B. einer Verbrennungskraftmaschine oder einer anderen Verwendung zuführbar ist, zur Erzeugung von elektrischer Energie, z.B. in einer Brennstoffzelle, verwendbar. Es ist auch denkbar, nur den Wasserstoff zu verwenden bzw. mittels der Vorrichtung Wasserstoffgas von Verunreinigungen durch andere Gase zu befreien und damit aufzukonzentrieren, bzw. hochrein zu machen.

Bevorzugt weist der zumindest teilweise mit einem Teil des Gasgemisches gefüllte Bereich zumindest einen Zufluss und einen Abfluss und der zumeist mit Wasserstoff gefüllte Bereich zumindest einen Abfluss auf. Damit wird erreicht, dass das in die Vorrichtung geleitete Gasgemisch durch den Zufluss in den mit zumindest einem Teil des Gasgemisches gefüllten Bereich eingeleitet werden kann. Sodann kann der Wasserstoff mittels der semipermeablen Trennwand vorzugsweise größtenteils aus dem Gasstrom abgeschieden werden und das vom Wasserstoff vorzugsweise größtenteils befreite Gasgemisch als Brenngas oder für eine andere Verwendung vom Abfluss aus abgeleitet werden. Der Wasserstoff kann durch den Abfluss des zumeist mit Wasserstoff gefüllten Bereiches abgeführt und anderweitig verwendet werden, z.B. als Brenn- bzw. Treibgas für eine Brennstoffzelle.

Vorzugsweise weist das Gehäuse zumindest eine Außenwand aus einem Edelstahl auf. Edelstahl ist für Wasserstoff nicht permeabel. Die Außenwand des Gehäuses kann damit als Sammelbehälter für den abgeschiedenen Wasserstoff dienen. Der aus den Trennwänden austretende Wasserstoff kann innerhalb des Gehäuses aufgefangen werden und kann in mittels eines angeschlossenen Ableitungsrohres in einen Speicherbehälter gefördert werden. Besonders bevorzugt weist das Gehäuse auf einer dem zumeist mit Wasserstoff gefüllten Bereich zugewandten Innenseite eine Beschichtung aus Emaille auf. Diese Beschichtung ist besonders undurchlässig für den Wasserstoff, so dass dieser noch zuverlässiger und verlustfreier gesammelt wird. Insbesondere ist jeder nach der Vorrichtung angrenzende und damit mit hochreinem Wasserstoff zumindest teilweise gefüllte Bereich derart ausgebildet.

Bevorzugt ist die zumindest eine semipermeable Trennwand ein Rohr aus ferritischem Eisen bzw. Roheisen oder Reineisen, durch das das Gasgemisch hindurchführbar ist. Die rohrförmige Ausbildung der semipermeablen Trennwand ermöglicht einen einfachen Aufbau der Vorrichtung. Weiterhin ist damit eine große Oberfläche der semipermeablen Trennwand ohne hohen konstruktiven Aufwand zu erreichen. Zudem ist eine rohrförmige semipermeable Trennwand bestmöglich druckstabil gegenüber einem eventuell unter Überdruck eingeführten Gasgemisch. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung sind innerhalb des Gehäuses der Vorrichtung mehrere, vorzugsweise gleiche Rohre angeordnet. Diese Anordnung macht die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders kompakt. Die Rohre dienen zur Durchleitung des wasserstoffreichen Gasgemisches, wogegen der Raum außerhalb der Rohre, jedoch innerhalb des Gehäuses, zur Aufnahme und Ableitung des Wasserstoffs dient. Durch die Ausbildung als Rohre ist die Oberfläche der semipermeablen Trennwand gegenüber der Größe der gesamten Vorrichtung besonders groß. Vorzugsweise sind die Rohre innerhalb des Gehäuses in einem gleichen Abstand zueinander angeordnet bzw. weitestgehend gleich ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, das Gasgemisch außerhalb des Rohrs bzw. der Rohre entlang zu leiten und den Wasserstoff innerhalb des Rohrs oder der Rohre abzuleiten.

Bevorzugt ist innerhalb des Gehäuses je eine Kammer angeordnet zur Aufteilung des Gasflusses in die Rohre und zur Zusammenführung des Gasflusses aus den Rohren. Diese Kammern ermöglichen den Anschluss der Vorrichtung durch je ein Rohr, welches in die jeweilige Kammer mündet bzw. aus der jeweiligen Kammer herausführt. Damit wird der Anschluss der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders einfach gestaltet.

Besonders bevorzugt sind vor und/oder innerhalb des mindestens einen Rohres zur Bildung der semipermeablen Trennwand Mittel angeordnet zur Turbulenthaltung der Strömung innerhalb des Rohres. Diese Mittel sind beispielsweise aus der Wandung des Rohres hervorstehende Leitbleche oder dergleichen. Die Turbulenthaltung der Strömung bewirkt eine Erhöhung des Diffusionsgrades des Wasserstoffs durch die semipermeable Trennwand, da die Auftreffwahrscheinlichkeit der Wasserstoffmolekühle an der semipermeablen Trennwand durch eine turbulente Strömung erhöht wird.

Vorzugsweise ist das der Vorrichtung zugeführte Gasgemisch heiß oder erwärmt zuführbar, insbesondere Heizbar. Es hat sich herausgestellt, dass die Menge des durch die semipermeable Trennwand hindurchtretenden Wasserstoffs aus dem Gasgemisch durch eine hohe Temperatur je nach dem, welche Bestandteile das Gasgemisch enthält, vergrößert wird. Bevorzugt liegt diese Temperatur im Bereich von 400°C. Insbesondere kann ein aus einem vorhergehenden Prozessschritt heiß austretender Gasstrom der Vorrichtung so zugeführt werden, dass seine Temperatur im Bereich von 400°C liegt. Dann ist keine zusätzliche Heizung notwendig. Es kann aber auch, je nach Bestandteilen des Gasgemisches, vorteilhaft sein, das Gasgemisch bei Raumtemperatur einzuleiten.

Weiterhin hat es sich als besonders Vorteilhaft herausgestellt, wenn das Gehäuse und/oder der Innenraum des Gehäuses der Vorrichtung kühlbar ist. Kühlere Temperaturen an der der Innenwand des Gehäuses und damit dem zumeist mit Wasserstoff gefüllten Bereich des Gehäuses zugewandten Seite der semipermeablen Trennwand begünstigt die Rekombination des Wasserstoffs und steigert somit das Diffusionsgefälle an der Trennwand von der zumindest teilweise mit einem Teil des Gasstroms umgebenen Seite zu der zumeist mit Wasserstoff umgebenen Seite der semipermeablen Trennwand.

Besonders bevorzugt ist ein Kompressor oder eine Pumpe vorgesehen, mittels dem bzw. der das Gasgemisch der Vorrichtung unter erhöhtem Druck zuführbar ist. Damit wird die Konzentration des Wasserstoffs im Gasgemisch gegenüber der Umgebung und dem zumindest größtenteils mit Wasserstoff gefüllten Bereich erhöht. Das größere Konzentrationsgefälle erhöht damit den Durchsatz an Wasserstoff. Weiterhin kann für den zumindest größtenteils mit Wasserstoff gefüllten Bereich eine Pumpe, insbesondere eine Vakuumpumpe, vorgesehen sein, mittels der der Druck in diesem Bereich verkleinert wird. Auch dies erhöht das Konzentrationsgefälle an der semipermeablen Trennwand und steigert damit den Wasserstoffdurchsatz. Diese Pumpe bzw. Vakuumpumpe kann auch dazu genutzt werden, den abgeschiedenen Wasserstoff in Drucktanks zu fördern. Dann ist nur eine Pumpe notwendig.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Rohr, vorzugsweise alle Rohre, zur Bildung der semipermeablen Trennwand Bereiche geringer Wandstärke und Bereiche hoher Wandstärke auf. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht im Bereich geringer Wandstärken eine Steigerung der Diffusion des Wasserstoffs durch die semipermeable Trennwand. Die Bereiche größerer Wandstärke dienen zur Stabilisierung der Rohrwandung gegen den eventuell hohen Druck des Gasgemisches.

Vorzugsweise sind die Bereiche großer Wandstärke netzartig ausgebildet. Eine solche netzartige Stützstruktur macht eine rohrförmig ausgebildete semipermeable Trennwand besonders stabil. Weiterhin ist es vorteilhaft, die netzartige Stützstruktur gleichmäßig bzw. annähernd gleichmäßig auszubilden. Es ist zudem denkbar, die Bereiche geringer Wandstärke zumindest annähernd in Form von Rechtecken auszubilden. Vorzugsweise sind dabei alle Bereiche geringer Wandstärke gleich geformt. Diese, gleichmäßige Ausbildung der Bereiche geringer Wandstärke sind mit einfachen Mitteln herstellbar. Die Anordnung der rechteckigen oder zumindest annähernd rechteckigen Bereiche geringer Wandstärke in Richtung der Längserstreckung des jeweiligen Rohres lässt eine besonders stabile netzartige Stützstruktur durch die Bereiche größerer Wandstärke zu. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die semipermeable Trennwand magnetisch anregbar, vorzugsweise durch ein magnetisches Wechselfeld. Ein Magnetfeld, vorzugsweise ein magnetisches Wechselfeld begünstigt die Diffusion von Wasserstoffrümpfen durch die semipermeable Trennwand derart, dass der Wasserstoffdruchsatz signifikant erhöht wird. Demnach wird durch die magnetische Anregung die Menge des abgeschiedenen Wasserstoffs erhöht.

Besonders bevorzugt ist eine, vorzugsweise jede, als Rohr, also rohrförmig, ausgebildete semipermeable Trennwand umgeben von einem elektrischen Leiter, der mit einem elektrischen Strom, vorzugsweise einem elektrischen Wechselstrom, beaufschlagbar ist. Besonders bevorzugt ist der elektrische Leiter spulenförmig um die rohrförmige semipermeable Trennwand angeordnet. Eine derartige Anordnung liefert ein magnetisches Wechselfeld, welches im Wesentlichen in Richtung der Längsausdehnung der rohrförmigen semipermeablen Trennwand verläuft. Damit werden die Wasserstoffrümpfe senkrecht dazu, nämlich radial zur Längsachse der rohrförmigen semipermeablen Trennwand, zur Diffusion durch die semipermeable Trennwand angeregt. Damit wird die Wasserstoffabscheidung zusätzlich erhöht.

Bevorzugt kann auch die semipermeable Trennwand selbst mit einer Spannung, insbesondere mit einer Wechselspannung oder einer pulsierenden Gleichspannung beaufschlagt werden, um den Wasserstoffdurchsatz zusätzlich zu erhöhen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist jeder spulenförmige elektrische Leiter als Rohr ausgebildet, das vorzugsweise von einem Fluid, das zur Kühlung des Leiters nutzbar ist, durchflössen wird. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, dass der Leiter gekühlt wird und demnach seine elektrische Leitfähigkeit erhöht wird. Dadurch wird das magnetische Feld verstärkt. Weiterhin wird durch den gekühlten Leiter, der aufgrund seiner Anordnung um die rohrförmige semipermeable Trennwand herum in einem Bereich hoher Wasserstoffkonzentration, nämlich auf der Seite der semipermeablen Trennwand, in deren Richtung der Wasserstoff abgeschieden wird, angeordnet ist, der betreffende Bereich gekühlt. Dadurch wird die Rekombination von Wasserstoff begünstigt und der Wasserstoffdurchsatz erhöht. Vorzugsweise ist das Fluid zur Kühlung elektrisch nicht leitend, z.B. destilliertes Wasser.

Weiterhin ist es denkbar die Oberfläche der semipermeablen Trennwand in der Resonanzfrequenz des Wasserstoffs zu bestrahlen, z.B. mit Licht im ultravioletten Farbbereich. Dies erhöht zusätzlich den Wasserstoffdurchtritt, da die Dissoziation desselben durch die Bestrahlung erleichtert wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der abgeschiedene hochreine Wasserstoff mittels eines Kompressors in einem Wasserstoff-Druckspeicher speicherbar. Ein solcher Wasserstoff-Druckspeicher ermöglicht die Lagerung großer Mengen Wasserstoffs zur späteren Verwendung.

Ein Verfahren zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe weist die Maßnahmen des Anspruchs 9 auf. Demnach wird aus einem Gasgemisch mittels einer semipermeablen Trennwand, die zumindest größtenteils aus ferritischem Eisen bzw. Roheisen oder Reineisen besteht, Wasserstoff abgeschieden. Hierbei ist der Anteil von Eisen innerhalb der semipermeablen Trennwand entscheidend, dieser liegt insbesondere bei mehr als 99,8%. Weiterhin ist eine geringe Menge an Verunreinigungen im Werkstoff der semipermeablen Trennwand notwendig. Dann ist kann nur reiner Wasserstoff diese Trennwand durchdringen. Dadurch wird der Wasserstoff, welcher als hochwertiger Anteil des Gasgemisches abgeschieden wird, als hochreines Gas für andere Verwendungen nutzbar. Eine semipermeable Trennwand aus ferritischem Eisen bzw. Roheisen oder Reineisen, welche bevorzugt nur für Wasserstoff permeabel ist, stellt sicher, dass nur der Wasserstoff abgeschieden wird. Damit kann besonders reiner, insbesondere hochreiner Wasserstoff abgeschieden werden.

Eine Trennwand aus ferritischem Eisen bzw. Roheisen oder Reineisen zeichnet sich dadurch aus, dass nur Wasserstoff diese durchdringen kann, wie oben beschrieben. Übrige Bestandteile des Gasgemisches, wie z.B. Methan, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid aber auch andere Gase, werden von der semipermeablen Trennwand aus ferritischem Eisen bzw. Roheisen oder Reineisen zurückgehalten. Auf diese Weise ist mit geringem Materialaufwand die Abscheidung von Wasserstoff möglich. Die Wasserstoffatome werden auf der Oberfläche der semipermeablen Trennwand, an der eine hohe Wasserstoffkonzentration vorliegt, vom Eisen unter Verlust ihres Elektrons adsorbiert. Die so entstehenden Wasserstoffrümpfe können, durch den Gitteraufbau des ferritischen Eisens bzw. des Roheisens oder Reineisens begünstigt, durch den Wandkörper wandern. Hierbei ist die treibende Kraft das Konzentrationsgefälle des Wasserstoffs. An der Oberfläche des Wandkörpers, welche eine niedrige Wasserstoffkonzentration aufweist, rekombiniert der Wasserstoff mit einem im Eisen gelösten Elektron wieder zu einem Wasserstoffatom. Somit wird nur der Wasserstoff durch den Wandkörper geleitet, andere Gase werden auf Grund ihrer wesentlich größeren Atome zurückgehalten. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird das Gasgemisch und/oder die semipermeable Trennwand bzw. deren Oberfläche mittels Strahlung, vorzugsweise Licht in einer Frequenz der Eigenresonanzen des Wasserstoffs, angeregt. Diese Anregung unterstützt die Dissoziation des Wasserstoffs an der semipermeablen Trennwand, so dass ein besonders hoher Wasserstoff-Massendurchsatz erreicht wird.

Bevorzugt wird das Verfahren unter erhöhtem Druck und/oder unter erhöhter Temperatur durchgeführt. Der Druck beträgt dabei vorzugsweise bis zu 10 bar, die Temperatur kann bis zu 400°C betragen, jedoch auch im Bereich der Raumtemperatur liegen. Diese Parameter begünstigen den Durchtritt von Wasserstoff durch die semipermeable Trennwand, während andere Gase im Gasgemisch weiterhin zurückgehalten werden. Insbesondere eine Druckdifferenz zwischen den beiden Oberflächen der semipermeablen Trennwand erhöht den Wasserstoffdurchtritt erheblich.

Besonders bevorzugt wird die semipermeable Trennwand zur Vergrößerung des Wasserstoffdurchtritts mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt. Diese Elektrische Spannung wird bevorzugt als Wechselspannung oder als pulsierende Gleichspannung an die semipermeable Trennwand angelegt. Dieses Vorgehen steigert den Wasserstoffdurchsatz erheblich.

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens ist die semipermeable Trennwand mit einem magnetischen Feld, vorzugsweise einem magnetischen Wechselfeld beaufschlagbar. Dies steigert den Wasserstoffdurchsatz ebenfalls und kann auch in Kombination mit den vorherig oder nachfolgend genannten Maßnahmen durchgeführt werden.

Bevorzugt wird das Gasgemisch mittels eines Kompressors mit Überdruck dem Wasserstoffabscheider zugeführt. Durch den Überdruck des Gasgemisches wird die Konzentration der darin enthaltenen Gase im Verhältnis zur wasserstoffseitigen Umgebung innerhalb des Wasserstoffabscheiders deutlich erhöht. Ein damit erreichtes größeres Konzentrationsgefälle erhöht die Neigung des Wasserstoffs durch die Trennwand zu treten. Dies erhöht den Massendurchsatz und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erheblich. Weiterhin ist der abgeschiedene Wasserstoff zu diesem Zweck vorzugsweise mit einem Unterdruck absaugbar.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird der hochreine Wasserstoff mittels eines Kompressors in einen Wasserstoff-Druckspeicher gefördert. Der so gespeicherte Wasserstoff kann dann über längere Zeit gespeichert oder einer weiteren Verwendung zugeführt werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das Gasgemisch vor dessen Zuleitung zur semipermeablen Trennwand erhitzt wird. Dies begünstigt den Durchtritt von Wasserstoff durch die semipermeable Trennwand zusätzlich.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser Zeigen:

Fig. 1 Ein erfindungsgemäßes Kleinkraftwerk mit einer Vorrichtung zur Abscheidung hochreinen Wasserstoffs in einer schematischen Darstellung,

Fig. 2 die Vorrichtung zur Abscheidung hochreinen Wasserstoffs der Fig. 1 in einer geschnittenen Seitenansicht,

Fig. 3 der Schnitt A-A der Vorrichtung der Fig. 2,

Fig. 4 die Einzelheit II der Figur 2, nämlich eine als Rohr ausgebildete semipermeable Trennwand der Vorrichtung der Fig. 2 und 3 mit einem sie umgebenden rohrartigen Leiter,

Fig. 5 eine beispielhafte Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abscheidung von Wasserstoff,

Fig. 6 die Vorrichtung zur Abscheidung von Wasserstoff der Fig. 5 in einer geschnittenen Seitenansicht,

Fig. 7 der Schnitt B-B der Fig. 6, sowie

Fig. 8 die Einzelheit VI der Figur 6, nämlich eine als Rohr ausgebildete semipermeable Trennwand der Vorrichtung der Fig. 6 und 7 mit einem sie umgebenden, rohrartigen Leiter.

Die Fig. 1 zeigt ein Kleinkraftwerk 10 in einer schematischen Darstellung. Insbesondere Rohrleitungen sowie die durch diese Rohrleitungen fließenden Stoffströme sind nur schematisch, also mit einem Pfeil, dargestellt. An einem F*feil befindliche Bezugsziffern bezeichnen sinngemäß den innerhalb der jeweiligen Rohrleitung geleiteten Stoffstrom ebenso wie die Rohleitung selbst, was der Übersichtlichkeit dienlich ist. Weiterhin wird anhand der Fig. 1. bis Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Kleinkraftwerk ebenso beschrieben, wie das erfindungsgemäße Verfahren und auch die erfindungsgemäße Vorrichtung, die Beispielhaft innerhalb des Kleinkraftwerkes angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist jedoch insbesondere auch innerhalb anderer Anordnungen oder allein stehend zur Abscheidung bzw. Gewinnung von Wasserstoff aus anderen Gasgemischen als Pyrolysegas einsetzbar, wie in den Fig. 6. bis Fig. 8 dargestellt.

Das Kleinkraftwerk 10 weist einen Reaktor 11 auf, welcher ein Pyrolysereaktor ist und in welchen fester Brennstoff 47 durch einen Aufgabetrichter 12 eingebracht werden kann. Der feste Brennstoff, der vorzugsweise aus biologisch erzeugten bzw. nachwachsenden Rohstoffen besteht, wird innerhalb des Reaktors 10 mittels eines Pyrolyseverfahrens umgewandelt. Das innerhalb des Reaktors 11 erzeugbare Pyrolysegas besteht unter Anderem aus Wasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Methan und geringer Mengen anderer Gase. Der Reaktor weist einen Reaktorgehäuse 13 auf, in welches der in den Aufgabetrichter 12 eingebrachte Brennstoff eingebracht wird. Weiterhin weist der Reaktor 11 einen Aschekasten 14 auf, in welchem die aus dem Pyrolyseprozess entstehende Asche 55 gesammelt und gesondert entsorgt wird.

Innerhalb des Reaktors 11 wird der Brennstoff 47 unter Abschluss bzw. dosierter Zugabe von Luft bzw. in der Luft enthaltenen Sauerstoffs vergast. Das somit entstehende Pyrolysegas ist über eine Rohrleitung 15 einem Gaskühler 16 zuführbar. Dieser Gaskühler 16 kühlt das Pyrolysegas, welches mit bis zu 1200°C aus dem Reaktor 11 geführt wird, auf eine Temperatur von vorzugsweise etwa 400°C ab. Nach dem Gaskühler 16 ist eine Rohrleitung 17 angeordnet, durch welche das gekühlte Pyrolysegas einem Gaswäscher 18 zuführbar ist. Der Gaswäscher befreit das Pyrolysegas zumindest weitestgehend von festen Bestandteilen und Rauchgas, wie z.B. Asche und Staub und wäscht es damit. Das so konditionierte Pyrolysegas wird im Weiteren als Rohgas bezeichnet.

Durch eine an den Gaswäscher 18 angeschlossene Rohrleitung 19 ist das Rohgas mittels eines Kompressors 20 über eine Rohrleitung 23 einer Vorrichtung zur Abscheidung von Wasserstoff, im Folgenden Wasserstoffweiche 22 genannt, zuführbar. Innerhalb der Wasserstoffweiche 22 kann das Rohgas vom Wasserstoff zumindest größtenteils befreit werden und ist als Brenngas über eine Rohrleitung 25 einem Gasabscheider 24 zuführbar. Der Gasabscheider 24 trennt das im Brenngas enthaltene Kohlendioxid zumindest größtenteils vom Brenngas. Das Kohlendioxid kann dann über eine Rohrleitung 43 einer anderweitigen Verwendung zugeführt werden.

Der innerhalb der Wasserstoffweiche 22 aus dem Rohgas abgeschiedene Wasserstoff 56 kann mittels eines weiteren Kompressors 57 einem Wasserstoff-Drucktank 58 zugeführt und in diesem unter hohem Druck gespeichert werden.

Durch eine Rohrleitung 44 ist das Brenngas, welches zumindest größtenteils von Kohlendioxid befreit ist, einer Verbrennungskraftmaschine, im gezeigten Beispiel einem Verbrennungsmotor 26 zuführbar. Dadurch, dass das Brenngas vom Wasserstoff und Kohlendioxid zumindest größtenteils befreit wurde, besteht es überwiegend nur noch aus Methan und Kohlenmonoxid. Dieses Gasgemisch ist besonders geeignet für die Verbrennung innerhalb des Verbrennungsmotors 26. An den Verbrennungsmotor 26 angeschlossen ist ein Generator 27, welcher die vom Verbrennungsmotor 26 durch die Verbrennung des Brenngases erzeugte und über eine Welle 28 an den Generator 27 abgegebene Leistung in elektrische Energie wandeln kann.

Mittels eines Kühlwasserwärmetauschers 45 kann die im Verbrennungsmotor 26 überschüssige Wärme einem Vortrockner 46 zugeführt werden. Dieser Vortrockner 46 dient der Reduzierung des Wassergehaltes des dem Reaktor 11 über den Aufgabetrichter 12 zugeführten Brennstoffs 47.

Weiterhin weist der Verbrennungsmotor 26 einen Abgaswärmetauscher 48 auf. Mittels dieses Abgaswärmetauschers kann die im Abgas 49 des Verbrennungsmotors 26 enthaltene Wärme ebenfalls dem Vortrockner 46 zugeführt werden. Die vom Verbrennungsmotor 26 in Form von Wärme abgegebene, nicht zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzte, Energie wird so im besten Fall vollständig in den Prozess zurückgeführt.

Zusätzlich weist das Kleinkraftwerk 10 einen Abgaskondensator 50 auf, mittels dessen das Abgas 49 von Restfeuchte befreit werden kann. Das dann trockene Abgas 51 kann dann in die Umwelt abgegeben werden. Das aus dem Abgaskondensator 50 herausströmende Wasser 52 kann einem Dampferzeuger 53 zugeführt werden, wodurch es als Wasserdampf 54 wiederum dem Reaktor 11 zuführbar ist. Diese Zuführung von Wasserdampf 54 in den Reaktor macht den im Pyrolysegas 15 enthaltenen Wasserstoffanteil in gewissen Grenzen steuerbar. Eine größere Menge zugeführten Wasserdampfes 54 lässt den Wasserstoffanteil im Pyrolysegas 15 ansteigen, eine geringere Menge zugeführten Wasserdampfes 54 lässt den Wasserstoffanteil im Pyrolysegas 15 sinken. Die Fig. 2 und Fig. 3 zeigen die Wasserstoffweiche 22 in einer geschnittenen Seitenansicht bzw. in einer geschnittenen Vorderansicht. Die Wasserstoffweiche 22 ist zur Abscheidung von Wasserstoff aus dem Pyrolysegas geeignet und wird in dieser Funktion beispielhaft erklärt. Weiterhin ist die Wasserstoffweiche 22 aber auch zur Abscheidung von Wasserstoff aus jedem denkbaren Gasgemisch, das Wasserstoff enthält, einsetzbar.

Die Wasserstoffweiche 22 weist ein zumindest annähernd zylinderförmiges Gehäuse 30 aus vorzugsweise Edelstahl auf. Es ist jedoch auch jeder andere Werkstoff mit geringer oder keiner Permeabilität für Wasserstoff verwendbar. Weiterhin ist jede andere Form für das Gehäuse denkbar. Das Gehäuse 30 umgibt einen Innenraum 31 der Wasserstoffweiche 22, welcher durch eine Innenseite des Gehäuses 30 begrenzt wird. Die Innenseite des Gehäuses 30 weist eine nicht gezeigte Beschichtung aus Emaille auf. Diese Beschichtung weist eine besonders geringe Permeabilität für Wasserstoff auf und macht das Gehäuse 30 damit für Wasserstoff nicht durchdringbar.

Innerhalb des Gehäuses 30 sind weiterhin Trennwände 33 und 39 angeordnet, welche das Gehäuse 30 in drei Kammern teilen. Zwei der Kammern sind an je einem Ende des zylinderförmigen Gehäuses 30 angeordnet und etwa gleich groß. Diese sind eine Trennkammer 34 und eine Sammelkammer 35. Eine Kammer, nämlich eine Wasserstoffkammer 42 zwischen den Trennwänden 33 und 39, ist wesentlich Größer als die beiden übrigen Kammern und nimmt einen Großteil des Innenraumes des Gehäuses 30 ein.

Zwischen den Trennwänden 33 und 39 sind parallel zur Längserstreckung der Wasserstoffweiche 22 Rohre 32 angeordnet. Die Rohre 32 weisen einen gleichen, runden Querschnitt auf. Die Rohre 32 sind aus ferritischem Eisen, Roheisen oder Reineisen mit einem Eisenanteil von mehr als 99,8% gebildet und weisen eine Wandstärke von vorzugsweise unter 0,5 mm auf. Insbesondere beträgt deren Wandstärke nur 0,2 mm. Die Rohre verbinden durch Durchbrüche 38 in den Trennwänden 33 und 39 die Trennkammer 34 und die Sammelkammer 35 miteinander.

Die Rohre 32 sind innerhalb des Gehäuses 30 in einem gleichmäßigen Schema angeordnet und verlaufen insbesondere parallel zueinander. Die Rohre 32 weisen größtenteils einen Gleichen Abstand zueinander auf, so dass der Raum innerhalb des Gehäuses bestmöglich mit Rohren 32 ausgefüllt ist. Die Rohre 32 trennen als semipermeable Trennwand aus ferritischem Eisen bzw. Roheisen die Trennkammer 34 von der Wasserstoffkammer 42, also einen zumindest größtenteils mit Pyrolysegas oder einem anderen Gasgemisch gefüllten Bereicht vom einem zumindest größtenteils mit Wasserstoff 56 gefüllten Bereich.

Innerhalb der Trennkammer 34 der Wasserstoffweiche 22 wird das über die Rohrleitung 23 durch eine Zuführung 36 einströmende Rohgas oder jedes andere Gasgemisch in die Rohre 32 aufgeteilt. Damit steht zur Abscheidung des Wasserstoffes die gesamte Wandfläche aller Rohre 32 zur Verfügung. Der Wasserstoff wird von der jeweiligen als Rohr 32 ausgebildeten semipermeablen Trennwand adsorbiert und tritt auf der Seite der Wasserstoffkammer 42 wieder aus der semipermeablen Trennwand aus. Folglich ist innerhalb der Wasserstoffkammer 42 nach dem Abscheidungsprozess nur reiner, insbesondere hochreiner Wasserstoff 56 vorhanden, welcher über eine Wasserstoffabführung 40 und die Rohrleitung 56 mittels des Kompressors 57 dem Wasserstoffdruckspeicher 58 zuführbar ist. Wird die Wasserstoffweiche 22 innerhalb einer anderen Anordnung eingesetzt, so kann der Wasserstoff aus der Wasserstoffabführung 40 zur weiteren Verwendung abgezogen werden.

Mittels der Sammelkammer 35 wird das zumindest größtenteils vom Wasserstoff befreite Rohgas durch eine Abführung 37 in die Rohrleitung 25 geleitet und kann dem weiteren Prozess zugeführt werden. Wird die Wasserstoffweiche 22 zur Abtrennung von Wasserstoff aus einem anderen Gasgemisch eingesetzt, so kann er aus der Abführung 37 herausgeleitete, vom Wasserstoff größtenteils befreite Teil des Gasgemisches entweder weiterverwendet oder als Abfall entsorgt werden, falls nur der Wasserstoff verwendet werden soll.

Der Innenraum der Wasserstoffweiche 22, insbesondere die Trennkammer 34 oder die Zuführung 36 sind heizbar ausgebildet. Damit kann das in die Wasserstoffweiche eingeführte Rohgas oder andere Gasgemisch auf eine zur Abscheidung des Wasserstoffs besonders günstige Temperatur gebracht werden. Diese liegt insbesondere bei etwa 400°C, kann aber auch je nach Gasgemisch im Bereich der Raumtemperatur von etwa 20°C liegen.

Die Wasserstoffkammer 42 ist, obwohl in den Figuren nicht dargestellt, kühlbar ausgebildet. Damit kann der durch die semipermeablen Trennwände, nämlich die Rohre 32 hindurch tretende Wasserstoff 56 gekühlt werden, wobei dadurch das Diffusionsgefälle für durch die Rohre 32 nachströmenden Wasserstoff 56 erhöht wird. Dies steigert ebenso den Wasserstoffdurchtritt durch die als Rohr 32 ausgebildete semipermeable Trennwand.

An Kontaktpunkten 41 , von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige gezeigt sind, kann an die jeweilige als Rohr 32 ausgebildete semipermeablen Trennwand eine elektrische Spannung angelegt werden. Diese elektrische Spannung ist vorzugsweise eine Wechselspannung, insbesondere eine pulsierende Gleichspannung. Dazu kann es sachdienlich sein, die Rohre 32 von der übrigen Wasserstoffweiche 22, insbesondere von den Trennwänden 33 bzw. 39, elektrisch zu isolieren. Der durch die elektrische Spannung bewirkte elektrische Strom fördert den Wasserstoffdurchtritt durch die semipermeable Trennwand, respektive durch die Wandungen der Rohre 32. Die Isolierung erfolgt vorzugsweise durch zwischen den Rohren 32 und den Trennwänden 33 bzw. 39 angeordnete Dichtungen, welche isolierende Eigenschaften aufweisen. Die Dichtungen sind dabei elektrisch isolieren und gasdicht, insbesondere bei hohen Temperaturen, ausgebildet.

Die Rohre 32 weisen netzartige Bereiche 59 sowie von den netzartigen Bereichen 59 umgebene Felder 60 auf. In den netzartigen Bereichen 59 weisen die Rohre 23 eine größere Wandstärke auf als in den Feldern 60. Durch diese Ausbildung wird jedes Rohr 32 durch größere Wandstärke in den Bereichen 59 stabilisiert, insbesondere gegen den Innendruck des Pyrolysegases. Die geringe Wandstärke der Rohre 32 innerhalb der Felder 60 steigert den Wasserstoffdurchsatz. Dadurch sind die Rohre 32 stabil und dennoch für eine große Menge Wasserstoff durchlässig.

Weiterhin sind die Rohre 32, vorzugsweise alle Rohre 32, umgeben von spiralförmig angeordneten Leitern 61. Die Leiter 61 sind als selbst auch rohrförmig ausgebildet und bestehen vorzugsweise aus Kupfer oder einem anderen leitfähigen Metall. Die Leiter 61 sind vom allen übrigen Bauteilen der Wasserstoffweiche 22 elektrisch isoliert. Dies geschieht durch gasdichte, insbesondere hochtemperatur-gasdichte Dichtungen, welche nicht dargestellt sind. Damit können die Leiter 61 aus dem Gehäuse 30 der Wasserstoffweiche 22 herausgeführt werden, ohne die Wasserstoffweiche 22 undicht werden zu lassen.

Die Leiter 61 sind derart angeordnet, dass sie die Rohre 32 in Form einer Spule umgeben. Die rohrförmigen und spiralförmigen Leiter 61 sind elektrisch kontaktier und werden von einem elektrischen Strom durchflössen Sie erzeugen durch eine annähernd deckungsgleiche Anordnung der Spulenachse zur Mittelachse des jeweiligen Rohres 32 ein Magnetfeld, welche zumindest annähernd parallel zur Mittelachse des jeweiligen Rohres 32 verläuft. Damit werden die in der Rohrwandung in Richtung nach Außen, nämlich in die Wasserstoffkammer 42 hinein diffundierenden Wasserstoffatome bzw. Wasserstoffrümpfe in Ihrer Diffusion beschleunigt.

Weiterhin ist der jeweilige rohrförmige Leiter von einem Kühlfluid durchströmt. Dadurch wird der Leiter 61 aber auch die Wasserstoffkammer 42 gekühlt. Diese Kühlung begünstigt die Rekombination der Wasserstoffatome in der Wasserstoffkammer 42 und damit den Wasserstoffdurchsatz der Wasserstoffweiche 22. Zudem wird die elektrische Leitfähigkeit des jeweiligen Leiters 61 und damit die Stärke des Magnetfeldes gesteigert. Somit wird der Wasserstoffdurchsatz der Wasserstoffweiche 22 noch zusätzlich verstärkt.

Das Kühlfluid, welches den jeweiligen Leiter 61 durchströmt, ist vorzugsweise elektrisch nicht leitend. Es kann zum Beispiel Stickstoff oder ein anderes Gas verwendet werden. Auch Wasser ist als Kühlfluid denkbar, insbesondere destilliertes Wasser.

Die Fig. 5 zeigt eine Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abscheidung von Wasserstoff, anhand derer auch das Erfindungsgemäße Verfahren erläutert wird. Die Anordnung ist dabei schematisch dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung innerhalb der Anordnung wird im Folgenden als Wasserstoffweiche 62 bezeichnet. Eine Gasquelle 63 enthält ein Gasgemisch, welches auch Wasserstoff enthält. Das Gasgemisch wird mittels einer Rohrleitung 64 einer Pumpe, nämlich einem Kompressor 65 zugeleitet und in diesem Kompressor 65 verdichtet. Das so verdichtete Gasgemisch aus der Gasquelle 63 kann dann mittels einer weiteren Rohrleitung 66 der Wasserstoffweiche 62 zugeführt werden.

Dabei steht die Gasquelle 63 nur beispielhaft für eine Zuführung eines Gasgemisches, welches auch Wasserstoff enthält. Es können z.B. Prozessgase mit der Wasserstoffweiche 62 gereinigt bzw. deren Wasserstoffanteil nutzbar gemacht werden. Weiterhin ist denkbar, verschmutzten Wasserstoff durch die Wasserstoffweiche 62 zu leiten und damit hochreinen Wasserstoff zu erzeugen. Jedes Gasgemisch, kann aus der Gasquelle 63 eingeleitet werden in die Wasserstoffweiche 62.

Die Fig. 6 und Fig. 7 zeigen die Wasserstoffweiche 62 in einer geschnittenen Seitenansicht bzw. in einer geschnittenen Vorderansicht. Die Wasserstoffweiche 62 ist zur Abscheidung von Wasserstoff aus dem Gasgemisch ausgeführt. Dabei kann die Wasserstoffweiche 62 Wasserstoff aus jeglichem Gasgemisch, welches Wasserstoff enthält, abscheiden und zwar reinen Wasserstoff.

Es ist z.B. denkbar, dass bei anderen Prozessen abfallende Prozessgase mittels der Wasserstoffweiche 62 von Wasserstoff befreit werden. Weiterhin können Gasgemische aus der chemischen Industrie zur Gewinnung derer Wasserstoffanteile genutzt werden oder durch Elektrolyse erzeugter Wasserstoff gereinigt werden. Die Wasserstoffweiche 62 weist ein zumindest annähernd zylinderförmiges Gehäuse 67 aus vorzugsweise Edelstahl auf. Es ist jedoch auch jeder andere Werkstoff mit geringer oder keiner Permeabilität für Wasserstoff verwendbar.

Es ist aber außer der zylinderförmigen Ausbildung des Gehäuses 67 auch jede andere Form des Gehäuses 67 denkbar. Das Gehäuse 67 umgibt einen Innenraum 69 der Wasserstoffweiche 62, welcher durch eine Innenseite des Gehäuses 667 begrenzt wird. Die Innenseite 68 des Gehäuses 62 weist eine nicht gezeigte Beschichtung aus Emaille auf. Diese Beschichtung weist eine besonders geringe Permeabilität für Wasserstoff auf und macht das Gehäuse 67 damit für Wasserstoff nicht durchdringbar.

Innerhalb des Gehäuses 67 sind weiterhin Trennwände 70 und 71 angeordnet, welche das Gehäuse 67 in drei Kammern teilen. Zwei der Kammern sind an je einem Ende des zylinderförmigen Gehäuses 67 angeordnet und etwa gleich groß. Diese sind eine Trennkammer 72 und eine Sammelkammer 73. Eine Kammer, nämlich eine Wasserstoffkammer 74 zwischen den Trennwänden 70 und 71 , ist wesentlich Größer als die beiden übrigen Kammern und nimmt einen Großteil des Innenraumes 69 des Gehäuses 67 ein.

Zwischen den Trennwänden 70 und 71 sind parallel zur Längserstreckung der Wasserstoffweiche 62 Rohre 75 angeordnet. Die Rohre 75 weisen einen gleichen, runden Querschnitt auf. Die Rohre 75 sind aus ferritischem Eisen oder Roheisen gebildet und weisen eine Wandstärke von vorzugsweise unter 0,5 mm auf. Insbesondere beträgt deren Wandstärke nur 0,2 mm. Die Rohre 75 verbinden durch Durchbrüche 76 in den Trennwänden 70 und 71 die Trennkammer 72 und die Sammelkammer 73 miteinander, und zwar insbesondere Gasdicht gegenüber der Wasserstoffkammer 74.

Die Rohre 75 sind innerhalb des Gehäuses 67 in einem gleichmäßigen Schema angeordnet und verlaufen insbesondere parallel zueinander. Die Rohre 75 weisen zumindest annährernd einen Gleichen Abstand zueinander auf, so dass der Raum innerhalb des Gehäuses 67 bestmöglich mit Rohren 75 ausgefüllt ist. Die Rohre 75 trennen als semipermeable Trennwand aus ferritischem Eisen bzw. Roheisen die Trennkammer 72 und die Sammelkammer 73 von der Wasserstoffkammer 74, also einen zumindest größtenteils mit dem Gasgemisch gefüllten Bereicht vom einem zumindest größtenteils mit Wasserstoff gefüllten Bereich. Innerhalb der Trennkammer 72 der Wasserstoffweiche 62 wird das über die Rohrleitung 66 durch eine Zuführung 77 einströmende Gasgemisch in die Rohre 75 aufgeteilt. Damit steht zur Abscheidung des Wasserstoffes die gesamte Wandfläche aller Rohre 75 zur Verfügung. Der Wasserstoff wird von der jeweiligen als Rohr 75 ausgebildeten semipermeablen Trennwand adsorbiert und tritt auf der Seite der Wasserstoffkammer 74 wieder aus der semipermeablen Trennwand aus. Folglich ist innerhalb der Wasserstoffkammer 74 nach dem Abscheideprozess nur reiner, insbesondere hochreiner Wasserstoff vorhanden, welcher über eine Wasserstoffabführung 78 und eine Rohrleitung 79 mittels einer weiteren Pumpe, nämliche eines Kompressors 80 über eine Rohrleitung 82 einem Wasserstoffdruckspeicher 81 zuführbar ist. Außerdem ist es denkbar, dass der Wasserstoff aus der Wasserstoffabführung 78 zur weiteren Verwendung direkt genutzt wird, z.B. direkt einer Brennstoffzelle zugeführt wird.

Der Kompressor 65 kann zusätzlich dazu eingesetzt werden, das Gasgemisch auf ein höheres Druckniveau zu bringen. Der erhöhte Druck in den zumindest größtenteils mit dem Gasgemisch gefüllten Kammern, nämlich der Trennkammer 72, der Rohre 72 sowie der Sammelkammer 73, erhöht das Konzentrationsgefälle des Wasserstoffs von der zumindest größtenteils mit dem Gasgemisch gefüllten Seite der semipermeablen Trennwand zur zumindest größtenteils mit Wasserstoff gefüllten Seite, nämlich der Wasserstoffkammer 74, und vergrößert somit den Wasserstoffdurchtritt und damit die abgeschiedene Wasserstoffmenge.

Mittels der Sammelkammer 73 wird das zumindest größtenteils vom Wasserstoff befreite Gasgemisch durch eine Abführung 83 in eine Rohrleitung 84 geleitet. Dabei wird die Rohrleitung 84 von einer Ventileinheit 85 regelbar verschlossen, so dass das vom Wasserstoff größtenteils befreiten Gasgemisch oder Gas nicht ungehindert durch eine Rohrleitung 86 abfließen kann. Damit kann der Innendruck innerhalb der das Gasgemisch führenden Kammern, nämlich der Trennkammer 72, der Rohre 75 und der Sammelkammer 73, mittels der Ventileinheit 85 eingestellt werden. Die Konzentration des Wasserstoffs im Gasgemisch bzw. das Konzentrationsgefälle an der semipermeablen Trennwand kann damit für die Funktion der Vorrichtung positiv beeinflusst werden.

Zusätzlich dient die Ventileinheit dazu, einen Teil des bereits teilweise von Wasserstoff befreiten Gasgemischs über eine Rückführungsleitung 91 zu einem Ventil 92 zu leiten. Mittels des Ventils 92 kann ein Teil des auf diese Weise rückgeführten Gasgemischs über eine Rohrleitung 94 in eine Einspeisung 93 wieder dem Kompressor 65 zugeführt werden. Damit ist ein Teil des Gasgemisches mehrfach und kontrolliert der Wasserstoffweiche 62 zuführbar. Dies erhöht die Ausbeute der Wasserstoffabscheidung erheblich, da die Konzentration in dem zumindest größtenteils mit dem Gasgemisch gefüllten Bereich, nämlich der Trennkammer 72, der Rohre 75 und der Sammelkammer 73, konstant oder zumindest annähernd konstant gehalten werden kann.

Weiterhin kann mittels des Kompressors 80 in der Rohrleitung 79 und damit auch in der Wasserstoffkammer 74 der Wasserstoffweiche 62 ein Unterdruck erzeugt werden. Dies kann gleichsam mit dem Einpressen des Wasserstoffs in den Wasserstoffdruckspeicher 81 erfolgen, so dass keine zusätzliche Pumpe benötigt wird. Damit wird ebenfalls das Konzentrationsgefälle an der semipermeblen Trennwand positiv beeinflusst, nämlich als Konzentrationsgefälle von der zumindest größtenteils mit dem Gasgemisch gefüllten Bereich zum zumindest größtenteils mit Wasserstoff gefüllten Bereich, vergrößert.

Je nach dem, für welches Gasgemisch die Wasserstoffweiche 62 zur Abtrennung von Wasserstoff eingesetzt wird, kann das größtenteils vom Wasserstoff befreite Gasgemisch aus der Rohrleitung 84 bzw. 86 herausgeleitet, und entweder weiterverwendet oder als Abfall entsorgt bzw. eventuell sogar in die Umwelt entlassen werden, falls nur der Wasserstoff verwendet werden soll bzw. das übrige Gasgemisch umweltverträglich ist.

Der Innenraum der Wasserstoffweiche 62, insbesondere die Trennkammer 72 und/oder die Zuführung 77 sind heizbar und/oder kühlbar ausgebildet, wobei dies in den Figuren nicht dargestellt ist. Damit kann das in die Wasserstoffweiche 62 eingeführte Gasgemisch auf eine zur Abscheidung des Wasserstoffs besonders günstige Temperatur gebracht werden. Diese liegt insbesondere bei etwa 400°C, kann aber auch je nach Gasgemisch auch im Bereich der Raumtemperatur von etwa 20°C liegen.

Die Wasserstoffkammer 74 ist, obwohl in den Figuren nicht dargestellt, kühlbar ausgebildet. Damit kann der durch die semipermeablen Trennwände, nämlich die Rohre 75 hindurch tretende Wasserstoff bzw. gekühlt werden, wobei dadurch das Diffusionsgefälle für durch die Rohre 75 nachströmenden Wasserstoff erhöht wird. Dies steigert ebenso den Wasserstoffdurchtritt durch die als Rohr 75 ausgebildete semipermeable Trennwand.

An Kontaktpunkten 87, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige gezeigt sind, kann an die jeweilige als Rohr 75 ausgebildete semipermeable Trennwand eine elektrische Spannung entlang des jeweiligen Rohres 75 angelegt werden. Diese elektrische Spannung ist vorzugsweise eine Wechselspannung, insbesondere eine pulsierende Gleichspannung. Dazu kann es sachdienlich sein, die Rohre 75 von der übrigen Wasserstoffweiche 62, insbesondere von den Trennwänden 70 bzw. 71 , elektrisch zu isolieren. Der durch die elektrische Spannung bewirkte elektrische Strom fördert den Wasserstoffdurchtritt durch die semipermeable Trennwand, respektive durch die Wandungen der Rohre 75. Die Isolierung erfolgt vorzugsweise durch zwischen den Rohren 75 und den Trennwänden 70 bzw. 71 angeordnete Dichtungen, welche isolierende Eigenschaften aufweisen. Die Dichtungen sind dabei elektrisch isolieren und gasdicht, insbesondere auch bei hohen Temperaturen gasdicht, ausgebildet.

Ebenfalls nicht dargestellt sind solche Einrichtungen, mittels derer die semipermeable Trennwand der Rohre 75 mit einer Strahlung, vorzugsweise Licht mit einer Frequenz im Bereich der Eigenresonanz des Wasserstoffs, anregbar ist.

Die Rohre 75 weisen netzartige Bereiche 88 sowie von den netzartigen Bereichen 88 umgebene Felder 89 auf. In den netzartigen Bereichen 88 weisen die Rohre 75 eine größere Wandstärke auf als in den Feldern 89. Durch diese Ausbildung wird jedes Rohr 75 durch größere Wandstärke in den Bereichen 88 stabilisiert, insbesondere gegen den Innendruck des Gasgemisches, welche der Wasserstoffweiche 62 mittels dem Kompressor 65 zugeführt wird. Die geringe Wandstärke der Rohre 75 innerhalb der Felder 89 steigert den Wasserstoffdurchsatz. Dadurch sind die Rohre 75 gleichzeitig stabil und dennoch für eine große Menge Wasserstoff durchlässig.

Weiterhin sind die Rohre 75, vorzugsweise alle Rohre 75, umgeben von spiralförmig angeordneten elektrischen Leitern 90. Die Leiter 90 sind als selbst auch rohrförmig ausgebildet und bestehen vorzugsweise aus Kupfer oder einem anderen elektrisch leitfähigen Metall. Die Leiter 90 sind vom allen übrigen Bauteilen der Wasserstoffweiche 62 elektrisch isoliert. Dies geschieht durch Gasdichte, insbesondere hochtemperatur-gasdichte Dichtungen, welche nicht dargestellt sind. Damit können die Leiter 90 aus dem Gehäuse 67 der Wasserstoffweiche 62 herausgeführt werden, ohne die Wasserstoffweiche 62 undicht für das Gasgemisch werden zu lassen.

Die Leiter 90 sind derart angeordnet, dass sie die Rohre 75 in Form einer Spule umgeben. Die rohrförmigen und spiralförmigen Leiter 90 sind elektrisch kontaktiert und werden von einem elektrischen Strom durchflössen. Sie erzeugen durch eine annähernd deckungsgleiche Anordnung der Spulenachse zur Mittelachse des jeweiligen Rohres 75 ein Magnetfeld, welche zumindest annähernd parallel zur Mittelachse des jeweiligen Rohres 75 verläuft. Damit werden die in der Rohrwandung in Richtung nach Außen, nämlich in die Wasserstoffkammer 74 hinein diffundierenden Wasserstoffatome bzw. Wasserstoffrümpfe in Ihrer Diffusion beschleunigt.

Weiterhin ist der jeweilige rohrförmige Leiter 90 von einem Kühlfluid durchströmt. Dadurch wird der Leiter 90 aber auch die Wasserstoffkammer 74 gekühlt. Diese Kühlung begünstigt die Rekombination der Wasserstoffatome in der Wasserstoffkammer 74 und damit den Wasserstoffdurchsatz der Wasserstoffweiche 62. Zudem wird die elektrische Leitfähigkeit des jeweiligen Leiters 90 und damit die Stärke des auf das jeweilige Rohr 75 und damit auf die semipermeable Trennwand wirkenden Magnetfeldes gesteigert. Somit wird der Wasserstoffdurchsatz der Wasserstoffweiche 62 noch zusätzlich verstärkt.

Das Kühlfluid, welches den jeweiligen Leiter 90 durchströmt, ist vorzugsweise elektrisch nicht leitend. Es kann zum Beispiel Stickstoff oder ein anderes Gas verwendet werden. Auch entsalztes Wasser ist als Kühlfluid denkbar, insbesondere aber destilliertes Wasser.