Der Hydrogasmotor
Der Hydrogasmotor 

Energieerzeugung mit superkritischem CO2

Thermodynamischer Kreisprozess – oder der Hydrogaskreisprozes

 

 

1. Funktionsmodell aus dem Jahr 2015 gefördert vom Land Bayern zum Nachweis der Umsetzbarkeit / Machbarkeitsstudie des Thermodynamischen Hydrogaskreisprozes

 

 

Superkritisches Kohlendioxid: Nexus untersucht nachhaltige Stromerzeugung das Ergbniss:

Der Hydrogasmotor

 

Umweltfreundliche Energieerzeugung mit dem CO2 Hydrogaskreisprozess

Der Hydrogasmotor  verspricht in der Tat außerordentliches. Das liegt an den ungewöhnlichen Eigenschaften, die CO2 hat, wenn es bei Temperaturen oberhalb 31 Grad Celsius mit einem Druck von mehr als 73,8 bar zusammengepresst wird. Unter diesen Bedingungen ist die Konsistenz einerseits so dicht, wie bei einer Flüssigkeit, andererseits aber so fließfähig wie bei einem Gas. Für die Leistungsumsetzung des Hydrogasmotors ist das ideal. Wenn die physikalische Dichte des Arbeitsmediums steigt, ohne die Fließfähigkeit zu behindern, steigt dessen Leistungsdichte und damit auch die Stromausbeute. Die hohe Leistungsdichte kann aber nicht nur genutzt werden, um die Stromausbeute bei Anwendungen zu steigern, wo heute Dampfturbinen eingesetzt werden. Sie macht es auch möglich, Motore zu bauen, die erheblich weniger Bauraum benötigen als Dampfturbinen mit gleicher Leistung. „Je nach Temperatur der Wärmequelle, können Hydrogasmotore bis zu einem Faktor Fünf kleiner ausgeführt werden als Dampfturbinen.  Hydrogasmotore sind somit interessant für die Verstromung von Industrieabwärme. Zum einen ist die hohe Leistungsdichte des sCO2 bei niedrigen Temperaturen ein besonderer Vorteil. Zum anderen haben die meisten Industriebetriebe keinen Platz, um eine Dampfturbine unterzubringen“.

 
 

 

Weniger Wärme – mehr Strom

Der Hauptgrund für den verbesserten Wirkungsgrad der Energieumwandlung liegt  darin, dass die Verwendung von CO2 als Arbeitsmedium in einem Hydrogas Kreisprozess weniger Aufwand erfordert, um einen bestimmten Wärmeeintrag in Strom umzuwandeln. Im Allgemeinen bedeutet ein erhöhter Wirkungsgrad eine höhere Leistung bei gleichem Wärmeeintrag, unabhängig von der Wärmequelle ( Abwärme, Solar, Prozesswäre oder Erdgas). Wenn die Brennstoffkosten einen erheblichen Anteil an den Gesamtkosten ausmachen (Flüssig- und Erdgasbefeuerte Anlagen), ist der Vorteil die Senkung der Brennstoffkosten.

 

Zu den laufenden Aktivitäten der Nexus GmbH gehören:

  • Nachweis der Lebensfähigkeit vorhandener Komponenten und Materialeignung
  • Anpassung an Betriebsparameter und Anwendungen
  • Integration und Skalierung bestehender Technologien in neue Anwendungen
  • Abgasverstromung, Speicherung von el. Energie als alternative zu el Batterien
  • Sektorenkopplung Photovoltaik / Hydrogasmotor / Speichermedien
  • Entwicklung robuster Betriebsverfahren für den Betrieb an kritischen Punkten
  • Vorbereitung der Lizenzvergabe
 

Vorteile des Hydrogasmotors

Die CO2-Technologie bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber konkurrierenden Systemen:

  • Geringere Größe im Vergleich zum Dampfsystem (geringere Investitionskosten)
  • Erhöhte Effizienz (dadurch erhöhte Stromproduktion bei gleichem Wärmeeintrag)
  • Schnelle Regelung teillastfähiges System
  • Extrem langsam laufendes System nur 60 upm.
  • Umweltverbesserung durch Reduktion von Treibhausgasen
  • Erhebliche Verringerung des Wasserverbrauchs
  • Trockene Kühlung, geeignet für trockene Umgebungen

Das Video zeigt, wie flüssiges und gasförmiges CO2 erhitzt wird und sich die Phasengrenze zwischen flüssig und gasförmig auflöst. Dieser Zustand wird superkritisches CO2 genannt. © Sebastian Rath/TU Dresden (Datenschutzrichtlinie)

UNIVERSITÄT KASSEL - INSTITUT FÜR PHYSIKKritischer Punkt Experiment

Erklärung Phasenübergang CO2 Im überkritischen Bereich.

 

Überkritisch ist das Gas, wenn es dank Temperatur und Druck einen Punkt überschreitet, an dem seine Eigenschaften zwischen Gas und Flüssigkeit liegen. Es ist dann genauso dicht wie eine Flüssigkeit, hat aber immer noch dieselbe Viskosität wie ein Gas. In diesem Zustand wird das CO2 über den gesamten Prozess gehalten. Es entstehen also keine Verluste, wie bei der Umwandlung von Wasser in Dampf und wieder zurück.

 

Da CO2 seinen kritischen Punkt bei 31 °C und 73 bar hat, ist das Gas in der Brennkammer vom  Hydrogasmotorr überkritisch. Die Dichtewerte von flüssiger Phase und Gasphase gleichen sich an. Der Stoff ähnelt dann in seinen Fließeigenschaften mehr einer Flüssigkeit als einem Gas. Da CO2 eine 2,5-mal höhere Molmasse als Wasser hat, besitzt es als überkritisches Fluid eine deutlich höhere Dichte als Wasserdampf. CO2-Hydrogas-Motore sind daher bei gleicher Leistung um etwa den Faktor fünf kleiner als Dampfturbinen.

 

 

 

Da sich der Hydrogas-Kreisprozess ausschließlich im überkritischen Bereich bewegt, gibt es (im Gegensatz zum Dampfprozess) keine Siedetreppe, wodurch eine fast vollständige Regeneration der Phasenwechsel-Wärmeenergie möglich ist.

Durch die oben genannte Kombination kann die, von außen zugeführte Wärme beim Hydro Gas Motor viel effizienter und kostengünstiger in Bewegung umgewandelt werden, als bei allen bisherigen vorhandenen Wärmekraftmaschinen.

 

Überkritischer Kreisprozess mit isothermer Expansion und Freikolben-Wärmekraftmaschine mit hydraulischer Energieauskopplung für diesen Kreisprozess.                               Der Hyrogaskreisprozess