Einfachere Wasserstoffspeicherung dank neuer Trägerflüssigkeit

Ayrton wurde 2021 gegründet und ist eines von mehreren Unternehmen auf der ganzen Welt, die LOHCs entwickeln, darunter die japanischen Unternehmen Chiyoda und Mitsubishi, das deutsche Unternehmen Covalion und das chinesische Unternehmen Hynertech. Aufgrund von Toxizität, Energiedichte und zugeführter Energie sind LOHCs jedoch nur begrenzte Kandidaten für die Produktion von flüssigem Wasserstoff. Ayrton sagt, dass seine Formulierung diese Kompromisse beseitigt.

Sicherer und effizienter Wasserstoffkraftstoff für Fahrzeuge

Konventionelle LOHC-Technologien, die von den meisten der oben genannten Unternehmen verwendet werden, basieren auf Substanzen wie Toluol, das bei Hydrierung Methylcyclohexan bildet. Diese Medien stellen aufgrund ihrer Entflammbarkeit und Flüchtigkeit ein Sicherheitsrisiko dar. Hydrogenious LOHC Technologies in Erlanger, Deutschland, und andere Wasserstoffbrennstoffunternehmen haben sich für Dibenzyltoluol entschieden, einen stabileren Träger, der mehr Wasserstoff pro Volumeneinheit enthält als Methylcyclohexan, obwohl höhere Temperaturen (und damit mehr Energie) erforderlich sind, um den Wasserstoff zu binden und freizusetzen. Die Hydrierung von Dibenzyltoluol erfolgt zwischen 3 und 10 Megapascal (30 und 100 bar) und zwischen 200 und 300 Grad Celsius, verglichen mit 10 MPa (100 bar) und knapp 200 ºC für Methylcyclohexan.

Ayrtons proprietärer erdölbasierter Wasserstoffträger fängt nicht nur Wasserstoff mit weniger Energieeintrag ein und gibt ihn frei, als für andere LOHCs erforderlich ist, sondern speichert auch mehr Wasserstoff, als Methylcyclohexan nicht kann – 55 kg/m³ im Vergleich zu 50 kg/m³ Methylcyclohexan. Dibenzyltoluol enthält mehr Wasserstoff pro Volumeneinheit (bis zu 65 kg/m³), aber Ayrtons Ansatz, Wasserstoffatome in den Träger zu injizieren, verspricht weniger Kosten. Die Hydrierung oder Dehydrierung mit der Trägerflüssigkeit von Ayrton erfolgt bei 0,1 Megapascal (1 bar) und etwa 100 °C, erklärt Gründerin und CEO Natasha Kostenuk. Und wie andere LOHCs auch, können sie nach der Hydrierung bei Umgebungstemperatur und -druck transportiert und gelagert werden.

Die Richter beschrieben [Ayrton’s approach] als wesentliche Technologie für den großtechnischen Einsatz von Wasserstoff. —Katie Richardson, National Renewable Energy Laboratory

Die LOHC-Flüssigkeit von Ayrton ist genauso sicher in der Handhabung wie Margarine, aber es ist immer noch eine Chemikalie, sagt Kostenuk. „Ich würde es nicht trinken. Wenn du das tätest, würdest du dich nicht sehr gut fühlen. Aber es ist nicht tödlich“, sagt sie.

Brandy Kinkead, Mitbegründer von Kostenuk und Ayrton (der als CTO des Unternehmens fungiert), versuchte ursprünglich, Wasserstoffgeneratoren zu kommerzialisieren, um Lücken im Stromnetz zu schließen. „Wir haben uns mit Brennstoffzellen und Wasserstoffspeicherung beschäftigt. Brennstoffzellen waren leicht zu finden, aber wir konnten keine Methode oder kein Medium zur Speicherung von Wasserstoff finden, das sicher und leicht zu transportieren wäre, um unsere Vision von dem, was wir mit Wasserstoffgeneratoren erreichen wollten, voranzutreiben“, erklärt Kostenuk. Während ihrer Forschung stießen sie auf die LOHC-Technologie, waren jedoch mit den Kompromissen, die bestehende Flüssigwasserstoffträger erfordern, unzufrieden. „Wir hatten die Idee, dass wir es besser machen könnten“, sagt sie. Das Duo wechselte von Wasserstoffgeneratoren zu Wasserstoffspeicherlösungen.

„Alle sind begeistert von der Produktion und Endverwendung von Wasserstoff, vergessen aber, dass Wasserstoff gespeichert und verwaltet werden muss“, sagt Kostenuk. Die Inkompatibilität mit der aktuellen Speicherung und Verteilung sei ein Hindernis für die Einführung gewesen, sagt sie. „Wir freuen uns sehr, die weltweit vorhandene Infrastruktur wiederverwenden zu können. » Die hydrierte Flüssigkeit von Ayrton weist eine Reinheit von Wasserstoff in Brennstoffzellenqualität (99,999 %) auf, so dass die Verwendung von reinem flüssigem Wasserstoff bei der Anforderung von Minustemperaturen nach Angaben des Unternehmens keinen Vorteil bietet.

Die größte Herausforderung für das Unternehmen sei die Reihe von Problemen, die mit jeder Technologie einhergehen, die von der Pilotphase der Produktion zur kommerziellen Fertigung übergeht, sagt Kostenuk. „Entscheidend hierfür ist die Zusammenarbeit mit den richtigen Fertigungspartnern während des gesamten Prozesses“, betont sie.

Auf die Frage, wie Ayrton mit einigen anderen Herausforderungen umgeht, die LOHCs gemeinsam haben, sagt Kostenuk, dass Ayrton es geschafft hat, diese zu umgehen. „Wir haben teure, schwer zu beschaffende Materialien vermieden, was uns hilft, Probleme in der Lieferkette zu vermeiden“, sagt sie. Durch die Durchführung der Reaktionen bei so niedrigen Temperaturen kann Ayrton dafür sorgen, dass seine Trägerflüssigkeit 1.000 Hydrierungs-Dehydrierungs-Zyklen standhält, bevor sie nicht mehr genügend Wasserstoff enthält, um nützlich zu sein. Herkömmliche LOHCs sind auf einige hundert Zyklen begrenzt, bevor die hohen Temperaturen, die für die Bindung und Freisetzung von Wasserstoff erforderlich sind, die Flüssigkeit zersetzen und ihre Speicherkapazität verringern, sagt Kostenuk.

Durchbruch in der Wasserstoffspeichertechnologie

In Anerkennung dessen, was die ungiftige Trägerflüssigkeit auf Erdölbasis von Ayrton für den Energie- und Transportsektor bedeuten könnte, bezeichnete das US-amerikanische National Renewable Energy Laboratory auf seinem jährlichen Growth Forum Industry im Mai Ayrton als „herausragendes Startup-Unternehmen“. Ein Auswahlgremium aus mehr als 180 Klima- und Cleantech-Investoren und Branchenexperten wählte Ayrton aus einem Pool von mehr als 200 Erstbewerbern aus, sagte Katie Richardson, Gruppenleiterin des Center for Innovation and Development von NREL, das das Forum organisierte. Das Gremium stützte seine Entscheidung auf die Innovation des Unternehmens, die Marktpositionierung, das Geschäftsmodell, das Team, die nächsten Schritte bei der Finanzierung, die Technologie, den Kapitaleinsatz und die Qualität der Präsentation. „Die Juroren bezeichneten Ayrtons Ansatz als eine wesentliche Technologie für den Wasserstoffeinsatz in großem Maßstab“, sagt Richardson.

Damit Wasserstoff Benzin und Diesel ersetzen kann, „sprechen wir mit Wasserstoffproduzenten, die ihren Kunden derzeit kryogenen und komprimierten Wasserstoff anbieten“, erklärt Kostenuk. „Wenn sie LOHC anbieten würden, könnten sie auf multimodale Weise über größere Entfernungen und in größeren Mengen liefern. » Das Unternehmen führt außerdem Gespräche mit einigen Industriestandortbesitzern, die hydriertes LOHC als Pufferspeicher nutzen könnten, um einen Teil der Energie zu sparen, die sie aus sauberen, intermittierenden Quellen wie Sonne und Wind beziehen. Eine weitere natürliche Wahl, sagt sie, sind Energiedienstleister, die nach einer zuverlässigen Methode zur saisonalen Speicherung suchen, die über das hinausgeht, was Batterien bieten können. Ziel ist es, irgendwann so weit zu wachsen, dass es zum bevorzugten Alternativ- (oder vielleicht Standard-)Kraftstoff für Autos, Lastwagen, Züge und Schiffe wird.