DE-102025104971-B3 - Steuerbares Wasserstoffsystem und steuerbares Wasserstoffverfahren

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein steuerbares Wasserstoffsystem und -verfahren. Das System umfasst einen Reaktor, ein Aluminiumfördermodul, ein Natriumhydroxidfördermodul, ein Wasserfördermodul und ein Rückgewinnungsmodul. Diese Module sind mit dem Reaktor verbunden, der zwei Ausgänge besitzt. Das Rückgewinnungsmodul umfasst ein Vibrationsmembranfiltrationssystem, dessen erster Eingang mit dem ersten Ausgang des Reaktors und dessen dritter Ausgang mit dem Reaktor verbunden ist. Der zweite Ausgang dient der Förderung des erzeugten Wasserstoffs. Das steuerbare Wasserstoffverfahren nutzt das System zur effizienten Steuerung der Wasserstoffproduktion. Dabei ermöglicht das Vibrationsmembranfiltrationssystem die Rückgewinnung und Wiederverwendung von Nebenprodukten und Natriumhydroxid, wodurch die Ressourcennutzungseffizienz erhöht wird.

Inventors

• Erfinder gleich Patentinhaber

Assignees

• Hoi Yan Serena Cheng

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20250211

Priority Date

20241127

Claims (9)

1. Steuerbares Wasserstoffsystem, dadurch gekennzeichnet , dass es Folgendes umfasst: einen Reaktor, ein Aluminiumfördermodul, ein Natriumhydroxidfördermodul, ein Wasserfördermodul und ein Rückgewinnungsmodul; wobei das Aluminiumfördermodul, das Natriumhydroxidfördermodul und das Wasserfördermodul jeweils mit dem Reaktor verbunden sind; wobei der Reaktor mit einem ersten Ausgang und einem zweiten Ausgang versehen ist, und das Rückgewinnungsmodul ein Vibrationsmembranfiltrationssystem umfasst, wobei ein erster Eingang des Vibrationsmembranfiltrationssystems mit dem ersten Ausgang des Reaktors verbunden ist, wobei das Vibrationsmembranfiltrationssystem ferner einen dritten Ausgang umfasst, der mit dem Reaktor verbunden ist; wobei das Rückgewinnungsmodul ferner einen Nebenproduktverdünnungstank umfasst, der zwischen dem ersten Ausgang des Reaktors und dem ersten Eingang des Vibrationsmembranfiltrationssystems angeordnet ist; und wobei der zweite Ausgang zur Förderung eines erzeugten Wasserstoffes konfiguriert ist.
2. Steuerbares Wasserstoffsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass das Rückgewinnungsmodul ferner einen Speichertank von konzentrierten Produkten umfasst, der mit einem vierten Auslass des Vibrationsmembranfiltrationssystems verbunden ist.
3. Steuerbares Wasserstoffsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass das Aluminiumfördermodul einen Aluminiumspeichertank, einen Aluminiumförderer, einen Aluminiumpuffertank und einen Vibrationszuführer umfasst, die sequenziell verbunden sind, wobei der Vibrationszuführer mit dem Reaktor verbunden ist.
4. Steuerbares Wasserstoffsystem nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , dass der Aluminiumförderer ein Spiralförderer ist.
5. Steuerbares Wasserstoffsystem nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , dass das Aluminium im Aluminiumspeichertank mindestens einen von Aluminiumblock, Aluminiumpulver, Aluminiumpartikel, Aluminiumfolie, Aluminiumscheibe, Aluminiumschrottspäne und Aluminiumschrott-Dose umfasst.
6. Steuerbares Wasserstoffsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet , dass das Natriumhydroxidfördermodul einen Natriumhydroxidlösungstank, eine erste Druckpumpe und einen Natriumhydroxidpuffertank umfasst, die sequenziell verbunden sind, wobei ein Ventil und ein Durchflussmesser im Natriumhydroxidpuffertank vorgesehen sind, wobei der Natriumhydroxidpuffertank mit dem Reaktor verbunden ist.
7. Steuerbares Wasserstoffsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet , dass ein Rührer im Reaktor und ein Wärmetauscher auf einer Außenschale des Reaktors angeordnet ist.
8. Steuerbares Wasserstoffsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet , dass der zweite Ausgang mit einem Wasserstoffspeichertank oder einer Brennstoffzelle verbunden ist.
9. Steuerbares Wasserstoffverfahren, dadurch gekennzeichnet , dass das steuerbare Wasserstoffverfahren unter Verwendung eines steuerbaren Wasserstoffsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8 implementiert wird, wobei das steuerbare Wasserstoffverfahren folgende Schritte umfasst: S1: Fördern von Natriumhydroxid und Wasser j eweils durch das Natriumhydroxidfördermodul und das Wasserfördermodul zum Reaktor, um eine festgelegte Konzentration von Natriumhydroxidlösung zuzubereiten, wobei die festgelegte Konzentration von Natriumhydroxidlösung im Reaktor 0.1% bis 20% beträgt; S2: Hinzufügen einer festgelegten Menge an Aluminium zu dem Reaktor mit einer festgelegten Konzentration durch ein Aluminiumfördersystem zur Reaktion; S3: Fördern eines durch die Reaktion erzeugten Wasserstoffes aus dem Reaktor durch einen zweiten Ausgang des Reaktors, Gelangen einer Lösung nach der Reaktion in das Rückgewinnungsmodul durch den ersten Ausgang, Zurückgewinnen von Nebenprodukten durch ein Vibrationsmembranfiltrationssystem im Rückgewinnungsmodul und Zurückgewinnen von Natriumhydroxidlösung in den Reaktor.

Description

TECHNISCHES GEBIET Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Wasserstoffproduktion durch Aluminiumwasserreaktion, insbesondere ein steuerbares Wasserstoffsystem und ein steuerbares Wasserstoffverfahren. STAND DER TECHNIK Mit der zunehmenden Dringlichkeit globaler Umweltfragen steigt der Anteil erneuerbarer Energien am globalen Energieverbrauch von Jahr zu Jahr. Wasserstoff-Energie mit ihren Eigenschaften von Netto-Nullemission und hoher Energiedichte gilt als eine wichtige Option für saubere Energie zur Förderung einer nachhaltigen Entwicklung. Die derzeitigen gängigen Wasserstoffproduktionsmethoden, wie Wasserstoffproduktion aus fossilen Brennstoffen, Wasserstoffproduktion durch die Umwandlung von Biomasse und Wasserstoffproduktion durch die Elektrolyse von Wasser, stehen jedoch vor Herausforderungen wie niedrige Effizienz, hohe Kosten und Umweltverschmutzung. Darüber hinaus sind die Speicherung und Transport von Wasserstoff seit langem Schlüsselfaktoren, die den weitverbreiteten Einsatz von Wasserstoff einschränken. Daher sind die Entwicklung effizienterer und umweltfreundlicherer Wasserstoffproduktionstechnologien sowie die Beseitigung von Speicher- und Transportengpässen von Wasserstoff entscheidend für die weitere Entwicklung der Wasserstoffenergieindustrie. Aluminium als hochleistendes Wasserstoffspeichermaterial zeichnet sich durch einen hohen Heizwert aus und kann durch Reaktion mit Wasser vor Ort Wasserstoff herstellen. Dieses Verfahren ist umweltfreundlich und die Produkte können recycelt werden. Die hohe chemische Aktivität von Aluminium macht es einfach, einen Schutzfilm bei Nomaltemperatur zu bilden und die Probleme der Speicherung und des Transports effektiv zu lösen. Diese Eigenschaft erfordert jedoch auch spezifische Mittel, um die Reaktion zwischen Aluminium und Wasser zu aktivieren. Derzeit verwenden Forscher hauptsächlich verschiedene Methoden wie das Hinzufügen saurer und alkalischer Lösungen, die Legierungsbehandlung, das Hinzufügen von Aktivatoren, den Hochtemperaturbetrieb und die Vorbereitung von ultrafeinem Aluminiumpulver, um die Aktivierung der Reaktion zwischen Aluminium und Wasser zu fördern, wodurch die Geschwindigkeit und die Gesamtmenge der Wasserstofferzeugung erheblich erhöht werden. Bei der Wasserstoffproduktion durch Reaktion von Aluminium mit Wasser entstehen zwangsläufig einige Nebenprodukte, wie Aluminiumhydroxid und unvollständig reagiertes Natriumhydroxid. Diese Nebenprodukte wurden jedoch nicht vollständig genutzt und verarbeitet, was zu einer erheblichen Ressourcenverschwendung führt. Um die Ressourcennutzung zu verbessern und die Umweltverschmutzung zu verringern, ist es notwendig, wirksame Wege zu finden, diese Nebenprodukte zu recyceln und wiederzuverwenden, um so eine effizientere und umweltfreundlichere Wasserstoffenergieproduktion zu erreichen. Die US 2024 0 158 226 A1 offenbart ein Wasserstofferzeugungssystem mit Reaktor, Wasserzuführung, Aluminiumzuführung, und Katalysatorzuführung. Als Katalysator wird Natriumhydroxid genannt. Neben einer Wasserstoffabführung befindet sich am Ausgang des Reaktors ein Filtrations-Rückgewinnungsmodul, welches die rückgewonnene Flüssigkeit über Leitungen in den Reaktor zurückführt. Ferner ist dort ein Regelverfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus Aluminium und Natriumhydroxid/Wasser beschrieben, bei dem eine konstante Natriumhydroxid-Konzentration angestrebt wird, indem Aluminium und Wasser dem Reaktor geregelt zugeführt werden. Ferner offenbart die JP 2014 088 280 A ein Wasserstoff erzeugendes System, welches einen Reaktor mit Natriumhydroxidzugabe, Aluminiumzugabe und Wasserzugabe umfasst. Wasserstoff wird dabei abgezogen und das Filtrat des Reaktors wird diesem über einen Filter und einen Tank wieder zugeführt. Die US 4 952 317 A zeigt die Verwendung eines Vibrationsmembranfilters. INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG Das erste Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein steuerbares Wasserstoffsystem zur Lösung des Problems der schlechten Nutzung von Nebenprodukten in der vorhandenen Aluminiumwasserreaktion für die Wasserstoffproduktion bereitzustellen. Das zweite Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein steuerbares Wasserstoffverfahren bereitzustellen, das durch das oben beschriebene steuerbare Wasserstoffsystem implementiert wird. Um das erste Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein steuerbares Wasserstoffsystem bereit, das einen Reaktor, ein Aluminiumfördermodul, ein Natriumhydroxidfördermodul, ein Wasserfördermodul und ein Rückgewinnungsmodul umfasst. Das Aluminiumfördermodul, das Natriumhydroxidfördermodul und das Wasserfördermodul sind jeweils mit dem Reaktor verbunden. Der Reaktor ist mit einem ersten Ausgang und einem zweiten Ausgang versehen, und das Rückgewinnungsmodul umfasst ein Vibrationsmembranfiltrationssystem. Der erste Eingang des Vibrationsmembranfiltrationssystems ist mit dem ersten Ausgang des Reaktors verbunden, und das Vibrationsmembranfil