Solarchemische Beiträge zur Reduktion des CO2-Ausstosses

• Research unit: SFOE
• Project number: 43708

Key words (German)

TP0065;F-Industrielle Solarenergienutzung

Short description (German)

Solarchemische Beiträge zur Reduktion des CO2-Ausstosses

Publications / Results (German)

Prozesse zur Gewinnung von Zink mit Hilfe von konzentrierter Solarstrahlung bilden einen Schwerpunkt der Aktivitäten am Labor für Hochtemperatur-Solartechnologie. Im Rahmen dieses Projekts werden die Bedingungen erarbeitet, welche eine effiziente Abtrennung des Zinkdampfs von den restlichen Gasen am Ausgang der Solarreaktoren erlauben. Diese Arbeiten werden in enger Zusammenarbeit mit den PSI-Gruppen _Solare Verfahrenstechnik_ und _Reaktionsanalyse_ durchgeführt. Im Weiteren werden mit einem eigenständigen Ansatz Bestrebungen der Hüttenindustrie aufgenommen, die Gewinnung von Metallen nachhaltiger zu gestalten, d.h. die lokale Belastung durch SO2 zu vermindern und den globalen Auswirkungen des Treibhausgases CO2 entgegenzuwirken.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:


Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Alxneit,Ivo
Sturzenegger,Marcel
Tschudi,sc. nat. Hans Rudolf
Musella,Manuela

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Final report (German)

Im vorliegenden Projekt wird ein zentraler Teilschritt der Herstellung von Zink durch die Dissoziation von ZnO mittels konzentrierter Solarstrahlung eingehend untersucht: Die möglichst effiziente Gewinnung von Zink als solarem Brennstoff aus dem Prozessgas eines solaren ZnO-Dissoziationsreaktors, bestehend aus Zinkdampf, Sauerstoff und einem Inertgas. Das so mit Hilfe von konzentrierter Solarenergie gewonnene Zink kann alternativ (1) mit Wasserdampf exotherm zu Wasserstoff und ZnO reagiert werden (thermochemischer ZnO/Zn-Zyklus zur Wasserspaltung), (2) für Zink-Elektroden in Zink-Luft Batterien/Brennstoffzellen verwendet werden (ZnO/Zn- Kreisprozess zur solaren Stromerzeugung) oder (3) als rein solar hergestelltes Zink im Zinkmarkt Verwendung finden. Grundkonzept für die Zn(g)-O2-Trennung ist die schlagartige Abkühlung (Quenchung) des Gasgemisches um die Reoxidation des produzierten Zinks zu minimieren. Um die dabei ablaufenden komplexen Vorgänge qualitativ und quantitativ zu verstehen, wurde das Projekt in 3 Teilprojekte gegliedert: (1) Erarbeitung eines Modells zur Beschreibung der relevanten Vorgänge, insbesondere der beiden konkurrierenden Prozesse Kondensation von Zink (gewünscht) und Oxidation von Zinkoberflächen (unerwünscht). (2) Experimentelle Bestimmung der Nukleations- und Kondensationsrate von Zn (ohne Sauerstoff). Dabei werden fundamental wichtige Parameter für die Auswertung/Validierung des Modells gemäss (1) bestimmt. (3) Experimentelle Bestimmung der Oxidationskinetik von Zinkdampf einschliesslich der Entwicklung geeigneter Prozesstechnologie zur effizienten Zn-Gewinnung aus einem solchen Abgas. Zentrale Ergebnisse des Projektes erlauben ein verbessertes Verständnis der Prozesse: Zn(g) Kondensation ist nur an Oberflächen möglich, deshalb müssen oberhalb der Sättigungstemperatur des Gemisches nur die Wände gegen Kontakt mit Zinkdampf geschützt werden, was durch einen Inertgasstrom vor der Wand gelingt. Von zentraler Bedeutung ist die Verdünnung des Gases: je verdünnter, desto besser gelingt die Abscheidung von metallischem Zink ohne starke Rückoxidation. Produkt-Zinkgehalte bis über 90% konnten demonstriert werden. Sowohl theoretische wie auch praktische Ergebnisse fliessen direkt in ein Nachfolgeprojekt ein, das die Kombination der solaren Reaktortechnologie (entwickelt im Parallelprojekt „Solar Thermal Production of Zinc – Final Steps Toward Scale-Up“) mit der hier entwickelten Quenchstufe zunächst im Labormassstab (10kW) und dann im Pilotmassstab (100 kW) zum Ziel hat.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Paul Scherrer Institut

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Alxneit,I.
Gstöhl,D.
Wieckert,C.

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