TU Berlin erforscht nasse Verbrennung

Prof. Paschereit, © TU Berlin
Prof. Paschereit, © TU Berlin

Blue Step heißt die Hoffnung für künftige Kraftwerke. Ein Prototyp an der Technischen Universität Berlin verbrennt Wasserstoff und Sauerstoff mit Hilfe von nasser Luft oder, anders ausgedrückt, von heißem Dampf. Schon das Vorgängerprojekt Greenest, bei dem es ebenfalls um die Weiterentwicklung emissionsarmer Kraftwerke ging, düste Wasserdampf in die Brennkammer einer Gasturbine ein. Eine derartige „nasse Verbrennung“ vermag den Wirkungsgrad von Gasturbinen um bis zu 15 Prozentpunkte zu erhöhen.

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Auf Lolland entsteht das Wasserstoff-Dorf 2.0

H2 Interaction – Info-Zentrum in Vestenskov
H2 Interaction – Info-Zentrum in Vestenskov

Vestenskov ist eine kleine Gemeinde auf Lolland, Dänemarks viertgrößter Insel. Auf dem äußerst ebenen Eiland, der so genannten „Pfannkuchen-Insel“ (pancake island), gibt es reichlich Wind. Da ist es nur logisch, dass nahe dem Küstenstreifen ein großer Offshore-Windpark steht, der so viel elektrische Energie ins Stromnetz speist, dass die rund 70.000 Insulaner damit 50 Prozent ihres Strombedarfs decken können. Zur Abdeckung der restlichen 50 Prozent, und weil der Windstrom nicht gespeichert wird, sind die Inselanwohner auf fossile Energien angewiesen. So war es jedenfalls bis 2006. Damals startete ein sechsjähriges Projekt zur Speicherung der Windenergie in Wasserstoff. Vestenskov wurde zum Wasserstoff-Dorf. Und weil es so gut lief, folgt jetzt Vestenskov 2.0.

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Urzeitbakterie macht Methanisierung wirtschaftlich

Archäa – das Urzeitbakterium (Quelle: Krajete)
Archäa – das Urzeitbakterium (Quelle: Krajete)

Die Energiespeicherung über den Weg der Methanisierung ist auf dem besten Weg, wirtschaftlich zu werden. Dies hat Ende April 2013 die Krajete GmbH, die Mikroorganismen für die CO2-Umwandlung verwendet, gemeldet. Das oberösterreichische Unternehmen hatte zuvor sein viertes Patent auf ein selbst entwickeltes Verfahren zur Methanerzeugung angemeldet, so dass dieses nun „fertig für den Markt“ sei, wie es hieß.

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Wasserstoff-Explosionen im japanischen Atomkraftwerk

In dem Atomkraftwerk Fukushima I in Japan ist es dieser Tage wiederholt zu Wasserstoffexplosionen gekommen; in Block 1 am 12. März, in Block 3 am 14. März und in Block 2 am 15. März 2011. Wie tagesschau.de vermeldete gilt es inzwischen als sicher, dass in mindestens einem der insgesamt sechs Siedewasserreaktoren eine Teil-Kernschmelze erfolgt ist. Wie es genau zur Entstehung von Wasserstoff gekommen ist, ist indes noch unklar. Normalerweise ist in derartigen Reaktoren kein Wasserstoff vorhanden – weder gasförmig noch flüssig. Das Gas entsteht erst bei vergleichsweise hohen Temperaturen.

Der Deutscher Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verband (DWV) geht davon aus, dass die Hüllen der Brennstäbe, die den Kernbrennstoff zusammenhalten, indirekt als H2-Quelle herhalten müssen. Diese Hüllen bestehen hauptsächlich aus Zirkonium, einem Metall, das bei etwa 1.000 °C beginnt zu oxidieren. „Da es aber rund um den Reaktorkern keinen freien Sauerstoff gibt, reagiert das Metall mit dem Wasserdampf und entzieht diesem den Sauerstoff. Nimmt man dem Wasser den Sauerstoff weg, bleibt Wasserstoff übrig.“ (Zitat: DWV-Meldung vom 16.03.2011)

Eine andere Möglichkeit, wie sich Wasserstoff bilden könnte, wäre die Thermolyse von Wasser (Spaltung/Dissoziation durch hohe Temperaturen). Die thermische Dissoziation bezeichnet den Zerfall von Molekülen – in diesem Fall das H2O-Molekül – durch Wärmeeinwirkung in seine einzelnen Bestandteile (H2 & O2). Oberhalb einer Temperatur von etwa 4.000 °C vollzieht sich eine direkte Spaltung von Wasserdampf in Wasserstoff und Sauerstoff. Diese Temperaturen werden in einem Reaktor jedoch nicht erreicht. Bei der Anwesenheit spezieller Reaktionspartner (z.B. Jod, Schwefeldioxid) kann die erforderliche Mindesttemperatur jedoch auf 1.000 bis 1.700 °C gedrückt werden. Hierbei würde auch Sauerstoff freigesetzt werden.

Unabhängig davon, auf welchen chemischen Pfaden genau der Wasserstoff bei diesem Unglück erzeugt wurde, steht fest, dass er das Ergebnis einer unbeabsichtigten Reaktorüberhitzung ist. Nachdem das Wasserstoffgas wie auch immer gebildet wurde, stieg es aufgrund seiner hohen Flüchtigkeit und seines niedrigen Eigengewichts rasch nach oben. Es konnte somit über geeignete Ventile oben aus dem Stahlbehälter abgelassen werden. Diese Freisetzung schien notwendig geworden zu sein, um einen Überdruck im Reaktorbehälter zu verhindern.

Wie den bisherigen Meldungen zu entnehmen ist, wurde in den Reaktorbehältern der Gebäude 1 und 3 Wasserstoff gezielt abgelassen, um somit für einen Druckabbau zu sorgen. Außerhalb des Stahlbehälters vermischte sich dieses Gas dann mit dem Luftsauerstoff, so dass ein zündfähiges Gemisch entstand, das sich entzündete und die Gebäudehüllen der Gebäude 1 und 3 absprengte.

Der Stahlbehälter von Reaktor 2 scheint infolge von herab fallenden Gebäudeteilen defekt zu sein. Infolge der dort ebenfalls herrschenden hohen Temperaturen könnte es hier im Inneren des Stahlbehälters zur Bildung eines zündfähigen Gemisches kommen.

Zur Entzündung von Wasserstoff kommt es erst dann, wenn erstens Sauerstoff vorhanden ist, sich zweitens ein zündfähiges Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch gebildet hat und drittens ausreichend Zündenergie zugeführt wird.

Das gesamte Kernkraftwerk Fukushima I verfügt über eine elektrische Bruttoleistung von 4.696 Megawatt, deutlich mehr als deutsche Kraftwerke. Ähnliche Reaktortypen (Siedewasserreaktor) stehen in Deutschland in Brunsbüttel (Bruttostromleistung: 806 MW), Isar 1 (912 MW) und Philippsburg 1 (926 MW). Die Anlage in Krümmel bei Hamburg ist vom gleichen Typ aber leicht modifiziert und größer (1.402 MW).