Spanisches ITQ entwickelt integrierten Reaktor für Ammoniak-zu-Wasserstoff

de.wedoany.com-Bericht: Forscher des Chemisch-Technologischen Instituts (ITQ) haben einen protonenkeramischen elektrochemischen Reaktor (PCER) entwickelt, der Ammoniakspaltung, Wasserstofftrennung, -reinigung und -verdichtung in einem einzigen Reaktor integriert und direkt hochreinen Wasserstoff für die Speicherung oder den Transport liefert. Diese Forschung ist Teil des SINGLE-Projekts, das vom ITQ mitgeleitet wird und darauf abzielt, mit diesem Reaktor die herkömmlichen energieintensiven mehrstufigen Wasserstoffproduktionsprozesse zu ersetzen.

Ammoniak enthält 17,6 Gewichtsprozent Wasserstoff und verfügt über eine weltweit etablierte Produktions- und Vertriebsinfrastruktur, weshalb es als idealer Kandidat für den Wassertransport gilt. Die herkömmlichen Extraktionsverfahren sind jedoch komplex und weisen hohe Energieverluste auf, was ihre Anwendung als Energiequelle einschränkt. Der neu entwickelte PCER kann Ammoniak in einem Schritt zersetzen und Wasserstoff abtrennen, ohne dass externe Wärme oder mechanische Kompressoren erforderlich sind. David Catalán, Postdoktorand am ITQ und Mitautor der Studie, erklärte, dass das neue PCER-Konzept die Ammoniak-Dehydrierung, Wasserstofftrennung und elektrochemische Verdichtung in einem Schritt integriert und so die Energieeffizienz erheblich steigert.

Das hochintegrierte System stellt präzise Anforderungen an die Steuerung der elektrischen, chemischen und thermischen Phänomene im Reaktor. Dazu haben das ITQ und das Team der Polytechnischen Universität Kataloniens (UPC) ein Rechenmodell entwickelt, das das dynamische Verhalten der elektrochemischen Zelle in Echtzeit beschreibt und mithilfe fortschrittlicher Regelungsalgorithmen die Systemstabilität aufrechterhält und Leistungsverluste vermeidet. Die Studie umfasst außerdem einen Schätzalgorithmus zur Ermittlung kritischer Variablen wie Wasserstoffpartialdruck und Membranwiderstand, der dazu beiträgt, die Katalysatordegradation zu verhindern und die Wasserstoffproduktion zu optimieren. Andreu Cecilia, Forscher an der UPC, erklärte, dass Softsensoren unvollständige Signale in nützliche Informationen umwandeln und so die Regelung des Reaktors verbessern können.

Das Modell wurde durch Hochfidelitätssimulationen validiert und zeigt eine hohe Übereinstimmung bei Extraktionseffizienz, Ammoniakumwandlungsrate und thermischem Verhalten. Die Fähigkeit zur Echtzeitvalidierung wird als entscheidender Faktor für die zukünftige industrielle Anwendung angesehen.