Abfallwasserstoff effektiv nutzen
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Abfallwasserstoff effektiv nutzen Beim Eloxieren fallen erhebliche Wasserstoffmengen an, die bislang ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben werden. Dass sich der Abfallwasserstoff jedoch durch katalytische Verbrennung direkt in Wärme umwandeln und für energieintensive Prozesse wie dem Verdichten nutzen lässt, zeigt ein aktuelles Forschungsprojekt.
Stefan Funk
Wasserstoff als Energieträger einzusetzen ist nicht neu, aber aktuell sehr gefragt. Bei seiner Verbrennung können erhebliche Energiemengen freigesetzt werden; statt umwelt- oder klimaschädlicher Lasten fällt dabei lediglich reines Wasser an. Der Chemiker J.W. Döbereiner ebnete bereits im frühen 19. Jahrhundert mit seinen Untersuchungen über Platin den Weg zur Katalyse. Auf diesem Edelmetall konnte er leicht ein Knallgas-Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff entzünden. Daraus entwickelte er 1823 das berühmte „Döbereinersche Feuerzeug“. Es bestand aus einem Glasgefäß, das mit Salzsäure gefüllt war. Wurde ein Zinkstab in die Säure getaucht, entstand Wasserstoff, der beim
Entweichen einen Platin-Schwamm zum Glühen brachte. Für die Energieumwandlung durch Wasserstoff kommen in der Galvanikindustrie prinzipiell alle elektrochemischen Prozesse in Frage, bei denen Wasserstoff als Nebenprodukt erzeugt wird. Gerade bei der Oberflächenbehandlung von Aluminium, dem Eloxieren, fallen erhebliche Mengen Wasserstoff an, die seit über einem halben Jahrhundert ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben werden. Der Wasserstoff wird in Eloxalbetrieben an zwei maßgeblichen Prozessstellen gebildet: An erster Stelle entstehen erhebliche Mengen durch die Aluminiumauflösung beim Beizprozess und im weiteren
Verlauf an den Kathoden bei der Elektrolyse der nachfolgenden Anodisation. Gleichzeitig besteht in Eloxalbetrieben ein erheblicher Bedarf an thermischer Energie, insbesondere zur kontinuierlichen Beheizung der Verdichtungsbäder (Sealing), die meist bei Temperaturen um 96 °C betrieben werden. Wasserstoffbildung durch Auflösung von Aluminium beim Beizprozess 2 Al + 2 NaOH + 2 H2O → 2 NaAlO2 + 3 H2 Wasserstoffbildung an der Kathode beim Eloxieren 4 H3O+ + 4 e- → 4 H2O + 2 H2
© fem
Vom Labor zum Pilotmaßstab
Prozessablauf bei der Anodisation von Aluminium 12
JOT Galvanotechnik 2020
Im Rahmen eines von der AiF geförderten ZIM-Forschungsprojekts stellte sich deshalb die Aufgabe, ein Verfahren zu entwickeln, mit dessen Hilfe der beim Anodisieren entstehende Wasserstoff aufgefangen und nachfolgend gefahrlos energetisch verwertet werden kann. Es wurde der Ansatz verfolgt, den beim Anodisieren entstehenden Wasserstoff mit Umgebungsluft abzusaugen und gezielt zu einem Wasserstoff-Luftgemisch unterhalb der kritischen Explosionsgrenze von < 4,4 Vol.-% H 2 (UEG) zu vermischen. Bei dieser unkritischen Gasmischung werden gefährliche Knallgasreaktionen schon im Vorfeld ausgeschlossen.
© fem
Schema der H2 -Verwertung bei der Anodisation
Für die industrielle Umsetzung wurden zunächst alle relevanten Versuche im 5-Liter-Maßstab und anschließend im 200-Liter-Maßstab am fem Forschungsinstitut Ede
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