Thema: Entwicklung einer modularen intelligenten dezentralen abwasserfreien Wasseraufbereitung für Elektrolyseure mit einfacher Wartung MIA (Modulare und Intelligente Aufbereitung)
Beschreibung: In einer Studie soll ein Konzept für eine zuverlässige, dezentrale Wasseraufbereitung für Elektrolyseure an Freiflächen-Photovoltaikanlagen und dezentralen Windparks entwickelt werden. Hierfür sollen bereits bestehende Verfahren auf ihre Eignung und Potentiale überprüft werden. Neben den benötigten Ressourcen und möglicher Reststoffe, muss auch die zukünftige Wartung mit bedacht werden. Anhand der Studie soll eine Entscheidung gefällt werden, welches Verfahren weiterentwickelt werden muss, um zukünftig auch dezentral direkt an Energieparks zuverlässig grünen Wasserstoff produzieren zu können.
Da je nach Standort der Elektrolyse daher mit unterschiedlichen Wasserqualitäten zu rechnen ist, wird eine intelligente und modulare Wasseraufbereitung benötigt, welche je nach Ausgangsbedingungen angepasst werden kann. Hierfür müssen somit die Anforderungen der jeweiligen Elektrolysetechnologie betrachtet werden, um so die standortspezifisch effizienteste und wirtschaftliche Aufbereitungsmethode auswählen zu können.
Die stark unterschiedlichen Wasserparameter haben einen signifikanten Einfluss auf die Kapazität der Aufreinigungsanlage, was das Erstellen einer universellen Anlage erschwert (Quelle: https://www.wasserchemie.de/anwendungen/anlagen/vollentsalzung, abgerufen am 10.11.2021). Innerhalb eines Bundeslandes kann es dadurch zu starken Schwankungen in der Wasserzusammensetzung kommen, wobei die Unterschiede größer als 700 μS/cm sein können (Quelle: www.umweltkarten-niedersachsen.de, abgerufen am 9.11.2021). Die Leitfähigkeit [μS/cm] kann hier als universelle Reinheitsangabe angenommen werden, da sie ein Summenparameter aller im Wasser vorliegenden Ionen darstellt und somit repräsentativ die Ionenstärke und Gesamtionenkonzentration wiedergibt. Eine Differenzierung welche Ionen vorhanden sind und in welchem Verhältnis sie vorliegen ist über die Leitfähigkeit nicht zu bestimmen. Eine erhöhte Leitfähigkeit indiziert eine erhöhte Ionenstärke, umso höher die Ionenstärke der Lösung umso schneller wird die Kapazität des Mischbettes aufgebraucht? Hierdurch sind einheitliche Wartungsintervalle für alle Anlagen nicht sinnvoll und sollten mit Optimierungsintension entsprechend den Gegebenheiten angepasst werden. Um einen störungsfreien Betrieb des Elektrolyseurs zu ermöglichen ist es wichtig, die Wasseraufbereitungsanlage zu überwachen. Durch das Integrieren der richtigen Messeinrichtungen vor und nach der Aufreinigungseinheit lassen sich mithilfe bekannter und gemessener Daten die reale Gesamtkapazität, wie auch die verbleibende Kapazität berechnen. Mit Hilfe von aktivem Monitoring der Kapazität lässt sich so bspw. der Servicetechniker rechtzeitig benachrichtigen, bevor die Kapazitäten der Austauscherkartuschen aufgebraucht sind und schädliche Ionen in den Elektrolyseur gebracht werden. Dies dient dem Schutz der Anlage, bietet jedoch auch wirtschaftliche Vorteile. Die Anzahl der Serviceeinsätze wird auf ein Minimum begrenzt und unnötiger Chemikalienverbrauch durch Regenerationen wird vermieden. Somit ist die Kopplung der Anlage mit einem externen Gerät wichtig für einen sicheren und effizienten Betrieb der Wasseraufbereitung und somit auch für die Elektrolyse. Zusätzlich können mit einer Messeinrichtung die Änderungen des Brunnenwassers überwachet werden. Die ermittelten Werte werden anschließend in Betracht gezogen für die automatisierte Kalibration der Anlage. Bei extremen Abweichungen eine zusätzliche Vorreinigung geschalten werden, um eine Schädigung der Anlage zu vermeiden.
Forschungsfragen:
Das vom Freistaat Thüringen geförderte Vorhaben wurde durch Mittel der Europäischen Union im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) kofinanziert.
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