Ein hoher Energieverbrauch erfordert sauberere, effizientere Methoden

Die Membrantechnologie reduziert Energieverluste und ermöglicht eine saubere Wasserstoffproduktion.

Nach Angaben der Internationalen Energieagentur und der US-amerikanischen Energy Information Administration wird der weltweite Energieverbrauch bis 2040 voraussichtlich um mehr als 28 % steigen.¹  Dennoch sind die Methoden zur Erzeigung von Energie für den Schutz unseres Planeten von wesentlicher Bedeutung – und abfallintensive Energieerzeugungsprozesse können weiter zum Klimawandel beitragen.

Nafion™ Ionenaustauschmembranen bieten eine saubere Lösung für die Energieerzeugung, wobei Wasser das einzige Nebenprodukt ist. Brennstoffzellen – eine weitere Anwendung für Nafion™ Membranen – generieren aus Wasserstoff Strom, der intermittierende Energie aus erneuerbaren Energien ergänzt, eine beliebte Alternative zu kohlenstoffbasierten Energiequellen. Die Abhängigkeit von neuen Energieerzeugungsquellen ist jedoch nur eine Seite der Medaille – die Speicherung und Verteilung überschüssiger Energie wird notwendig sein, um die höheren Anforderungen der heutigen Gesellschaft zu erfüllen.

Chemours untersucht Strategien zur effizienteren Energiespeicherung und -verwaltung durch die Unterstützung großflächiger Energienetze mit Flow-Batterien. Diese Speichereinheiten nutzen die Membrantechnologie, die es ermöglicht, die Netzsysteme optimal an Angebot und Nachfrage anzupassen. Aktuelle und zukünftige Smart Cities und Versorgungsnetze werden auch das Internet der Dinge (IoT) nutzen, um den Energieverbrauch zu überwachen.

Bekämpfung des Klimawandels mit neuen Energiequellen

Die Welt konzentriert sich auf saubere Energie, um die Auswirkungen der Treibhausgasemissionen auf die Erde zu verringern. Erneuerbare Energien auf Basis von Wind- und Sonnenenergie oder der Wasserstofferzeugung sind zwar weniger umweltschädlich, bergen aber andere Gefahren. Die Stromerzeugung aus Solar- und Windkraft ist abhängig von einer konstanten Verfügbarkeit, während die Wasserstofferzeugung ineffizient und kostspielig bleibt.

Konstrukteure und Entwickler wählen Nafion™ Membranen für Brennstoffzellen vor allem aufgrund ihrer Dicke, Leitfähigkeit, Festigkeit und Chemikalienbeständigkeit. Nafion™ Ionenaustauschermembranen, Dispersionen und Polymere spielen eine wichtige Rolle in drei Bereichen der sich verändernden Energiewirtschaft, die diese Herausforderungen lösen sollen: Brennstoffzellen, Wasserstofferzeugung und Energiespeicherung.

Brennstoffzellen

Brennstoff- oder elektrochemische Zellen nutzen eine elektrochemische Reaktion, um chemische Energie aus einem Brennstoff (typischerweise Wasserstoff und Sauerstoff) in elektrische Energie umzuwandeln. Konstrukteure und Entwickler verwenden Nafion™ Membranen aufgrund ihrer Dicke, Leitfähigkeit, Festigkeit und Chemikalienbeständigkeit.

Wasserstofferzeugung

Die steigende Nachfrage nach sauberer Energie hat die Wasserstofferzeugung in den Fokus gerückt. Innovatoren stellen sich eine Gesellschaft vor, die Wasserstoff zum Betreiben von Heizungen, Kraftfahrzeugen sowie zur Speicherung und zum Transport von Energie nutzt. Während diese Wasserstoff-Brennstoffzellen ein vielversprechendes Ziel für saubere Brennstoffe darstellen, basieren die derzeitigen Herstellungsverfahren auf fossilen Brennstoffen, die Treibhausgasemissionen verursachen, die zum Klimawandel beitragen.

Wasserstoff, der durch Wasserelektrolyse erzeugt wird, bietet eine nachhaltige Alternative. Die Verwendung von Nafion™ Ionenaustauschmembranen in elektrochemischen Zellen bietet eine umweltfreundliche Möglichkeit, große Mengen an Wasserstoff ohne Kohlendioxidemissionen zu erzeugen. Nafion™ Membranen für Brennstoffzellen unterstützen:

  • Reduzierung von Produktionsausfällen
  • Aufrechterhaltung konstant höherer Leistungen
  • Förderung einer ökologisch nachhaltigen Lösung für die Wasserstofferzeugung

Energiespeicherung

Mit wachsenden Bevölkerungszahlen, steigendem Energieverbrauch und einer immer größeren Menge an zur Verfügung stehenden erneuerbaren Energien steigt auch die Notwendigkeit einer zuverlässigen Energiespeicherung. Versorgungsunternehmen speichern Energie in Flow-Batterien, um diese in Spitzenzeiten zu verteilen, was den Energiefluss bestehender Netze stabilisiert und die variable Natur der erneuerbaren Energien ausgleicht.

Flow-Batterien mit Nafion™ Membranen bieten sichere, wirtschaftliche und nachhaltige Speicherlösungen. Die Haltbarkeit und Dicke der Nafion™ Membranen kann die Leistung von Flow-Batterien verbessern, die in großen Energiespeichern eingesetzt werden. Da die elektrochemischen Zellen ähnlich wie Brennstoffzellen oder wiederaufladbare Batterien funktionieren können, ermöglichen Nafion™ Membranen den Zellen, kritische Eigenschaften auch bei kontinuierlichen Zyklen der Energieerzeugung zu erhalten.

Unterstützung der Öl- und Gasförderung

Ein Großteil der weltweiten Energieversorgung hängt von fossilen Brennstoffen ab. Nun, da es schwieriger geworden ist, große Öl- und Gasreserven in gut erschlossenen Gebieten zu finden, werden neue Explorationsarbeiten in entlegenen, anspruchsvollen Tiefseegebieten und arktischen Regionen fortgesetzt. In extremen Bohrlochumgebungen treiben das Anmieten von Ausrüstung und die Bereitstellung von Mannschaftsunterkünften die Kosten in die Höhe. Die Ausrüstung muss bei hohen Temperaturen und Drücken zuverlässig funktionieren und gleichzeitig den Auswirkungen aggressiver Chemikalien standhalten. Bei Anlagenausfällen und ungeplanten Ausfallzeiten summieren sich die Kosten schnell. Eine ungeplante Ausfallzeit von nur vier Tagen kann ein Öl- und Gasunternehmen etwa 5 Millionen Dollar kosten2,3.

Chemours kann den Unternehmen helfen, Ausfallzeiten zu reduzieren und den Anlageneinsatz zu optimieren. Viton™ Fluorelastomere, Krytox™ Öle und Fette sowie Teflon™ Fluorkunststoffe können für einen ungestörten Betrieb sorgen und Anlagen vor hohen Temperaturen, Drücken und korrosiven Flüssigkeiten schützen.

Saubere Energie: Fließend in die Zukunft

Innovative Energieerzeugung, -speicherung und -verteilung kann den Fortschritt anderer Branchen beeinflussen. Es werden mehr Elektro- und Wasserstofffahrzeuge produziert werden, sobald diese Kraftstoffquellen leicht verfügbar und erschwinglich sind. Mehr intelligente Städte werden sich bei der Automatisierung einer effizienten Nutzung auf Netze und Messsysteme verlassen. Die Kraft der Chemie wird diese und viele andere Anwendungen in der Energiewirtschaft verbessern und gleichzeitig daran arbeiten, ihren ökologischen Fußabdruck zu verringern.

¹Quelle: https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=32912

²Quelle: https://connectedworld.com/make-data-the-new-oil-iiot-enabled-predictive-maintenance-for-the-oil-and-gas-industry/

³Quelle: https://www.bhge.com/sites/default/files/2017-12/impact-of-digital-on-unplanned-downtime-study.pdf