EH2C - H2-Recycling durch elektrochemische Kompression; Teilvorhaben C: H2-Recycling für Gasphasenabscheidungsprozesse

Abstract

Wasserstoff wird in verschiedensten industriellen Prozessen verwendet, ohne verbraucht zu werden. H2-Recycling aus dem Abgas könnte die Kosten und den Umwelteinfluss dieser Prozesse signifikant senken. Bisherige H2-Recycling-Technologien sind jedoch für den großtechnischen Maßstab konzipiert und können ökonomisch nicht ausreichend skaliert werden, um in Bereichen wie der SiC-Bauteilbeschichtung und dem MOVPE-Wachstum von III-V Halbleitern genutzt zu werden. Dieses Projekt verfolgt deshalb einen innovativen Ansatz: die elektrochemische Kompression (EHC), die H2 gleichzeitig reinigt und komprimiert. Die Technologie zeichnet sich durch eine hohe Flexibilität bezüglich der Anforderungen an Druck, Temperatur und Volumenstrom des Abgases aus. Das gereinigte und komprimierte H2-Gas benötigt weniger Energie für Reinigung und Kompression als herkömmliche Methoden. EHC hat großes ökonomisches Potenzial, abhängig von den H2-Kosten und Produktionsbedingungen. Umweltvorteile umfassen die Reduktion von CO2-Emissionen durch vermiedene H2-Produktion aus Erdgas, H2-Transport und CO2-Äquivalent-Emissionen des ansonsten ungenutzt abgeblasenen H2. Im Projekt wurde ein EHC-Prototyp für H2-Volumenströme bis 50 Standardliter pro Minute geplant, gebaut und im industrienahen Umfeld getestet. Dabei wurden die Funktion des Recyclingsystems, die Auswirkungen auf die Produktionsanlagen sowie die Reinheit des recyceltem H2 untersucht. Es wurden Bauteile mit recyceltem H2 hergestellt und charakterisiert, um mögliche Einflüsse auf die Abscheidungsprozesse auszuschließen. Neben den praktischen Versuchen wurde eine Wirtschaftlichkeitsanalyse durchgeführt und ein möglicher Einsatz in anderen Anwendungen (Sektorkopplung) geprüft. Datei-Upload durch TIB Hydrogen is used in a variety of industrial processes without being consumed. H2-Recycling from exhaust gases could significantly reduce the costs and environmental impact of these processes. However, current H2-recycling technologies are designed for large-scale operations and cannot be economically scaled down for use in areas such as SiC component coating and MOVPE growth of III-V semiconductors. This project therefore pursues an innovative approach: electrochemical compression (EHC), which simultaneously cleans and compresses H2. The technology is characterized by high flexibility regarding the requirements for pressure, temperature, and volume flow of the exhaust gas. The process requires less energy for cleaning and compression than conventional methods. EHC has great economic potential, depending on H2 costs and production conditions. Environmental benefits include the reduction of CO2 emissions through avoided H2 production from natural gas, H2 transport, and CO2-equivalent emissions of the otherwise unused vented H2. A prototype EHC-Recycling system for H2 volume flows up to 50 standard liters per minute was designed, built, and tested in an industrial-like environment within the project. The functionality of the recycling system, the effects on production facilities, and the purity of the recycled H2 were examined. Components were produced and characterized using recycled H2 to rule out any potential impacts on the deposition processes. In addition to the practical experiments, an economic analysis was conducted, and possible applications in other areas (sector coupling) were evaluated.