11. 10. 2023
Verfasst von: Niklas Siwczak, Roland Scharf

Grüner Wasserstoff für thermische Kraftwerke

In einen Glaskolben strömt Gas ein, dass sich entzündet. Zwei drahtförmige Thermoelemente glühen. — Im Versuchsbetrieb des Wasserstoff-Sauerstoff-Brenners messen Thermoelemente die Temperatur. Bei dem innovativen Injektor-Konzept kühlt flüssiges Wasser die Flamme.

Thermische Kraftwerke können grünen Wasserstoff für die Rückverstromung einsetzen, wie ein Verbundprojekt der Leibniz Universität Hannover und der Jade Hochschule zeigt. Der innovative Injektor für die Wasserstoff-Sauerstoff-Verbrennung ist zum Patent angemeldet. Das Konzept sorgt dafür, die Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme mittels flüssigem Wasser zu kühlen und zu stabilisieren. Es eignet sich für unterschiedliche industrielle Anwendungen.

Neuartiger Injektor für Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner

Zuverlässige Stromversorgung und konstante Netzfrequenz sind für die Versorgungssicherheit notwendig. Um Frequenzschwankungen kurzfristig abzufedern, halten thermische Kraftwerke Regelleistung vor. Ein niedersächsisches Forschungsteam zeigt in einem Verbundprojekt, dass ein Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner diese Primärregelleistung innerhalb des Dampfkreislaufes der thermischen Kraftwerke bereitstellen kann. Für den zukünftigen Einsatz von grünem Wasserstoff ist es essentiell, dass die dafür erforderlichen Brenner sicher ausgelegt und für die unterschiedlichen industriellen Anwendungen geeignet sind.

Stabiler Injektor für betriebssichere Verbrennung

Wasserstoff mit reinem Sauerstoff anstelle von Luft zu verbrennen hat den Vorteil, dass dabei keine Stickoxide entstehen können, sondern als Verbrennungsprodukt reiner Wasserdampf mit einer hohen thermischen Energie zur Verfügung steht. Besonders anspruchsvoll ist hierbei der Umgang mit der sehr heißen Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme, welche bei atmosphärischem Druck mit Temperaturen über 3000 °C verbrennt. Dazu müssen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Injektoren entwickeln, die der thermischen Belastung standhalten und für eine optimale Vermischung der Gase sowie eine betriebssichere Stabilisierung der Flamme sorgen.

Dieses Projekt ist Teil des Verbundprojekts "Nachhaltige Wasserstoff-Verbrennungskonzepte", das vom niedersächsischen Wissenschaftsministerium im „Innovationslabor für Wasserstofftechnologien“ geförderten wird. In der hochschulübergreifenden Kooperation arbeiten die Arbeitsgruppe für Fluidenergiemaschinen der Jade Hochschule sowie das Institut für Technische Verbrennung und das Institut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung der Leibniz Universität Hannover zusammen.

Flüssiges Wasser kühlt Sauerstoff-Flamme

Das Injektor-Konzept für die Brennkammer, das die Hochschulpartner zusammen entwickelten, wurde inzwischen zum Patent angemeldet. Der gegenüber anderen Verbrennungskonzepten innovative Ansatz besteht darin, die Flamme mit flüssigem Wasser zu kühlen, welches durch den Sauerstoff zerstäubt wird und als Wasser-Sauerstoff-Spray in die Brennkammer eintritt. Innerhalb der Brennkammer wird Wasserstoff beigemischt und zu Wasser oxidiert. In ersten Versuchen mit dem neuen Injektor konnte das Forschungsteam zeigen, dass die Flammentemperatur durch das innovative Konzept auf unter 2000 °C gekühlt wird.