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DE19954513A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff

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Publication number
DE19954513A1
DE19954513A1 DE19954513A DE19954513A DE19954513A1 DE 19954513 A1 DE19954513 A1 DE 19954513A1 DE 19954513 A DE19954513 A DE 19954513A DE 19954513 A DE19954513 A DE 19954513A DE 19954513 A1 DE19954513 A1 DE 19954513A1
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DE
Germany
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hydrogen
silicon
solution
crystallizer
alkaline solution
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Withdrawn
Application number
DE19954513A
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English (en)
Inventor
Daniel Herbst
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff vorgeschlagen, indem eine wäßrige alkalische Lösung mit Silicium und/oder wenigstens einer Siliciumlegierung unter Abspaltung von Wasserstoff umgesetzt und das Silicium in Form von Siliciumionen gelöst wird. Das Silicium und/oder die Siliciumlegierung wird bei erhöhter Temperatur gelöst. Die gelösten Siliciumionen werden bei einer Temperatur, die wenigstens 150 DEG C, vorzugsweise wenigstens 200 DEG C, beträgt und insbesondere wenigstens 20 DEG C unterhalt der Lösetemperatur des Siliciums und/oder der Siliciumlegierung liegt, in Form kristallinen, im wesentlichen wasserfreien Siliciumdioxids ausgeschieden. Das Silicium und/oder die Siliciumlegierung werden vorzugsweise bei erhöhtem Druck, insbesondere bei einem Druck oberhalb des Sättigungsdampfdrucks der wäßrigen alkalischen Lösung in dieser gelöst. Ferner wird eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und deren Verwendung vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff, indem eine wäßrige, alkalische Lösung mit Si­ licium und/oder wenigstens einer Siliciumlegierung unter Abspaltung von Wasserstoff umgesetzt und das Silicium in Form von Siliciumionen gelöst wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und deren Verwen­ dung.
Verfahren der vorgenannten Art sind bekannt (DE-"Zeit­ schrift für angewandte Chemie", Jahrgang 1911, Heft 5, Sei­ ten 195 bis 200; DE-"Chemiker-Zeitung", Jahrgang 1916, Heft 132, Seite 928; US-"Engineering" Jahrgang 1919, Heft 107, Seiten 102 bis 103; US-"Engineering", Jahrgang 1920, Heft 109, Seite 811; US 3 895 102). Diese nutzen das geringe Ge­ wicht des eingesetzten Siliciums bezogen auf die erzeugte Wasserstoffmenge sowie die hohe Verfügbarkeit und die gute Lager- und Transportfähigkeit von Silicium.
Bei diesen Verfahren werden die gelösten Siliciumionen nur sehr langsam aus der wäßrigen alkalischen Lösung ausge­ schieden. Da die Sättigungsgrenze der Lösung schnell er­ reicht ist, ist eine große Menge an wäßriger alkalischer Lösung bereitzuhalten. Dies verhindert eine kompakte Bau­ weise einer solchen Vorrichtung. Weiterhin binden die beim Ausscheiden des Siliciums entstehenden polymeren hydratrei­ chen Kieselsäureformen einen hohen Wasseranteil, so daß bei den bekannten Verfahren verhältnismäßig viel Wasser ver­ braucht wird.
Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff durch Umsetzen einer wäßrigen alkalischen Lö­ sung mit Silicium (DE-PS 2 16 768) wird die Lösung derart aufbereitet, daß für das Entfernen der gelösten Silicium­ ionen aus der wäßrigen alkalischen Lösung im wesentlichen kein Wasser verbraucht wird. Die als Lösung verwendete Al­ kalilauge wird mittels unlöslicher Erdalkalihydroxide, z. B. Calciumhydroxid, wiederaufbereitet, wobei schwerlösliches Erdalkalisilikat aus der Lösung ausgeschieden wird. Nach­ teilig ist, daß bei diesem Verfahren Erdalkalihydroxid ver­ braucht wird, wodurch sich die Betriebskosten des Verfah­ rens und das Gewicht der entsprechenden Vorrichtung erhö­ hen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff durch Umsetzen einer wäßrigen alkalischen Lösung mit Silicium und/oder wenigstens einer Siliciumlegierung unter Wasserstoffabspaltung vorzuschla­ gen, bei dem im wesentlichen nur Silicium sowie die zur im wesentlichen vollständigen Oxidation des Siliciums unter Wasserstoffbildung erforderliche Wassermenge verbraucht wird. Sie ist ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und deren Verwendung gerichtet.
Erfindungsgemäß wird der verfahrenstechnische Teil dieser Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art da­ durch gelöst, daß das Silicium und/oder die Siliciumlegie­ rung bei erhöhter Temperatur in der wäßrigen alkalischen Lösung gelöst wird und die gelösten Siliciumionen bei einer Temperatur, die wenigstens 150°C beträgt und unterhalb der Lösetemperatur des Siliciums und/oder der Siliciumlegierung liegt, in Form von kristallinem, im wesentlichen wasser­ freiem Siliciumdioxid ausgeschieden werden.
Zur Lösung des vorrichtungstechnischen Teils der genannten Aufgabe sieht die Erfindung bei einer Vorrichtung zur Her­ stellung von Wasserstoff durch Umsetzen einer wäßrigen al­ kalischen Lösung mit Silicium und/oder wenigstens einer Si­ liciumlegierung einen Wasserstoffreaktor mit einer ver­ schließbaren oder steuerbaren Füllöffnung, einem Gasventil sowie einem durchlässigen Zwischenboden zur Aufnahme einer Schüttung des Siliciums und/oder der Siliciumlegierung und einen dem Wasserstoffreaktor kolonenartig nachgeschalteten, unterhalb des Zwischenbodens angeordneten Kristallisator zum Ausscheiden von kristallinem, im wesentlichen wasser­ freiem Siliciumdioxid vor.
Beim Lösen des Siliciums und/oder der Siliciumlegierung, z. B. handelsüblichen Ferrosiliciums, in der wäßrigen alka­ lischen Lösung bei erhöhter Temperatur geht das Silicium ionisch in Lösung. Anschließend wird die Siliciumionen ent­ haltende wäßrige alkalische Lösung auf eine Temperatur von vorzugsweise wenigstens 20°C unterhalb der Lösetemperatur, aber oberhalb etwa 150°C, vorzugsweise oberhalb etwa 200°C abgekühlt. Wenn die Lösung durch Abkühlen mit Siliciumionen übersättigt ist, scheidet sich dadurch, daß die Ausschei­ dungstemperatur nicht unter 150°C beträgt, kristallines wasserfreies Siliciumdioxid ab.
Da die Ausscheidung des gelösten Siliciums aus der wäßrigen alkalischen Lösung bei wesentlich höheren Temperaturen als bei den bekannten Verfahren abläuft, wird die Bildung von hydratreichen Kieselsäureformen weitestgehend verhindert und im wesentlichen nur die gemäß der Reaktionsgleichung
Si + H2O → SiO2 + 2 H2
stöchiometrische Wassermenge verbraucht.
Ferner ergibt sich gegenüber den bekannten Verfahren der Vorteil, daß durch die im wesentlichen vollständige Oxida­ tion des Siliciums das Gewicht und das Volumen des ausge­ schiedenen Siliciumoxids bezogen auf die erzeugte Wasser­ stoffmenge minimiert werden.
Da die Lösetemperatur im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich höher ist, insbesondere wenigstens etwa 170°C beträgt, ergibt sich zusätzlich der Vorteil, daß die Was­ serstoffbildung schneller abläuft, was wiederum der Kom­ paktheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugute kommt.
In bevorzugter Ausführung wird das Silicium und/oder die Siliciumlegierung bei erhöhtem Druck, insbesondere bei ei­ nem Druck im Bereich oder oberhalb des Sättigungsdampf­ drucks der wäßrigen alkalischen Lösung in derselben gelöst, um die Bildung einer Dampfphase der Lösung zu verhindern und im wesentlichen reinen Wasserstoff zu erhalten.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nachfolgenden Be­ schreibung einer bevorzugten Ausführung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, die einen schematischen Schritt der Aus­ führungsform zeigt.
Die Vorrichtung ist nach Art einer Kolonne aufgebaut. Sie weist am Kopf einen Wasserstoffreaktor 19 auf, in dem ein durchlässiger Zwischenboden 16 zur Aufnahme einer Schüttung 17 aus Silicium oder Siliciumlegierungen in stückiger, ge­ körnter oder granulierter Form eingesetzt ist. Der Wasser­ stoffreaktor 19 weist am oberen Teil eine verschließbare oder steuerbare Füllöffnung 2 für das Silicium bzw. die Si­ liciumlegierung sowie eine Ableitung 28 zum Ausschleusen von Wasserstoff mit einem steuerbaren Gasventil 1 auf. Dem Gasventil 1 ist ein Gasreiniger (nicht gezeigt) für den ge­ bildeten Wasserstoff nachgeschaltet.
Unterhalb des Wasserstoffreaktors 19 ist ein Kristallisator 14 angeordnet, der mit dem Wasserstoffreaktor 19 unmittel­ bar über ein Zwischenstück 24 verbunden ist. Der Wasser­ stoffreaktor 19 und gegebenenfalls das Zwischenstück 24 sind mit einer thermischen Isolation 3 versehen. Zusätzlich kann, insbesondere für die Inbetriebnahme der Vorrichtung, eine Heizung (nicht gezeigt) vorgesehen sein.
Der Kristallisator 14 weist einen geneigten Boden 26 auf, der ablaufseitig mit einem steuerbaren Verschluß, z. B. in Form von Klappen 6, ausgestattet ist. In der gezeigten Aus­ führung sind hierzu zwei bezüglich eines einen unterhalb des Kristallisators 19 angeordneten Wasservorratsbehälter 11 mit dem Kristallisator 14 verbindenden zentralen Steig­ rohrs 23 radial angeordnete Klappen 6 vorgesehen, von denen die linke geöffnet und die rechte geschlossen dargestellt ist. Der Boden 26 des Kristallisators 14 bildet ein Bett 12 für Impfkeime und die sich im Prozeß bildenden Siliciumdi­ oxid-Kristalle. Alternativ oder zusätzlich können insbeson­ dere gekühlte, in dem Kristallisator 14 auswechselbar ange­ ordnete, Kristallisationsflächen für die Ausscheidung von SiO2-Kristallen bildende Kristallisationselemente vorgese­ hen sein, auf denen die gelösten Siliciumionen ausgeschie­ den werden. Ferner weist der Kristallisator 14 ein Laugen­ ventil 4 für die Zugabe von wäßriger alkalischer Lösung auf.
An den Boden 26 des Kristallisators 14 schließt - wie be­ reits erwähnt - wiederum über ein Zwischenstück 25 der Was­ servorratsbehälter 11 an, der mit einem Zulaufventil 7 zum Nachfüllen von Wasser und einem unterhalb seines geneigten Bodens angeordneten Ablaufventil 9 versehen ist, über das sich ablagerndes Sediment 10 abgelassen werden kann. Ferner ist an den Wasservorratsbehälter 11 ein Volumensausgleichs­ element 8 angeschlossen, dessen Funktion später beschrieben ist.
In der Kolonne ist ein zentrales Umwälzrohr 22 angeordnet, das mit seinem unteren Ende bis in das Kristallisationsbett 12 auf dem Boden 6 des Kristallisators 14 reicht und in welchem eine Umwälzpumpe 5 zum Rezirkulieren der wäßrigen alkalischen Lösung angeordnet ist. Zusätzlich können Über­ strömventile (nicht gezeigt) vorgesehen sein. Das Umwälz­ rohr 22 ist im Bereich des Zwischenstücks 24 zwischen Was­ serstoffreaktor 19 und Kristallisator 14 als Wärmetauscher 15 ausgebildet und reicht mit seinem oberen Ende bis ober­ halb der Schüttung 17 und ist dort in axialer Richtung durch eine Trennwand 27 verschlossen. An seinem Umfang ist das Umwälzrohr 22 im Bereich der Schüttung 17 mit einer flüssigkeitsdurchlässigen Perforation 18 versehen. An das Umwälzrohr 22 schließt oberhalb der Trennwand 27 domartig die Ableitung 28 zum Ausschleusen von Wasserstoff an, die innerhalb des Wasserstoffreaktors 19 eine gasdurchlässige Wandung 21 aufweist und außerhalb der Kolonne mit dem steu­ erbaren Gasventil 1 ausgestattet ist, um im Wasserstoffre­ aktor 19 den gewünschten Druck einstellen zu können.
Unterhalb des Umwälzrohrs 22 mündet das in das Kristallisa­ tionsbett 12 eintauchende Steigrohr 23 ein, das den Kri­ stallisator 14 mit dem Wasservorratsbehälter 11 verbindet und im Bereich des Betts 12 eine flüssigkeitsdurchlässige Perforation 20 aufweist. Ebenso weist das das Steigrohr 23 in diesem Bereich übergreifende und dort doppelwandig aus­ gebildete Umwälzrohr 22 an seiner Innenseite eine flüssig­ keitsdurchlässige Perforation 13 auf, über die die unmit­ telbar darüber angeordnete Umwälzpumpe 5 die alkalische Lö­ sung ansaugt und in Pfeilrichtung 29 in den Wasserstoffre­ aktor 19 fördert, in dem sie über die Perforation 18 in die Schüttung 17 eintritt nach Passieren derselben und durch den Zwischenboden 16 und das Zwischenstück 24, wie mit den Pfeilen 30 angedeutet, wieder in den Kristallisator 14 zu­ rückläuft.
Nachstehend ist das Verfahren anhand der beschriebenen Vor­ richtung erläutert:
In dem Wasserstoffreaktor 19 wird durch Umsetzen der wäßri­ gen alkalischen Lösung mit der Schüttung 17 aus Silicium und/oder Siliciumlegierungen bei erhöhter Temperatur, z. B. etwa 250°C, Wasserstoff erzeugt, wobei das Silicium in Form von Siliciumionen in der wäßrigen alkalischen Lösung gelöst wird. Die hohe Temperatur wird vornehmlich durch die bei der Bildung von Wasserstoff freigesetzte Reaktionswärme in Verbindung mit der den Wasserstoffreaktor 19 und das Zwi­ schenstück 24 umhüllenden thermischen Isolation 3 und gege­ benenfalls der (nicht dargestellten) Heizung, die insbeson­ dere die Inbetriebnahme des noch kalten Reaktors 19 be­ schleunigt, erreicht.
Der entstehende Wasserstoff wird durch die gasdurchlässige Wandung 21 der Ableitung 28 über das steuerbare Gasventil 1 abzogen. Anschließend wird der Wasserstoff in einem Gasrei­ niger (nicht gezeigt) weitestgehend von gasförmigen Verun­ reinigungen befreit. Um die Bildung einer Dampfphase der wäßrigen alkalischen Lösung und insbesondere ein Abführen einer solchen Dampfphase über die Ableitung 28 zu verhin­ dern, wird in dem Wasserstoffreaktor 19 mittels des steuer­ baren Gasventils 1 ein Druck oberhalb des Sättigungsdampf­ drucks der wäßrigen alkalischen Lösung eingestellt.
Der Kristallisator 14 wird auf einer Temperatur unterhalb der Temperatur des Wasserstoffreaktors 19, z. B. auf etwa 220°C gehalten. Dadurch überschreitet die Konzentration der in der zurücklaufenden Lösung enthaltenen Siliciumionen die Sättigungsgrenze und es wird wasserfreies, kristallines Siliciumdioxid (SiO2) ausgeschieden. Die Ausscheidung des SiO2 wird durch Zusetzen von Kristallkeimen, wie feinparti­ kulärem SiO2, die zusammen mit den ausgeschiedenen SiO2-Kri­ stallen das Bett 12 bilden, beschleunigt.
Nach Ausfallen des kristallinen, wasserfreien SiO2 wird die Lösung mittels der Pumpe 5 wieder in den Wasserstoffreaktor 19 gefördert, wobei das Bett 12 von der flüssigkeitsdurch­ lässigen Perforation 13 des Umwälzrohrs 22 zurückgehalten wird. Das im Bereich des Zwischenstücks 24 als Wärmetau­ scher 15 ausgebildete Umwälzrohr 22 stellt sicher, daß die wärmere Lösung, die aus dem Wasserstoffreaktor 19 in den Kristallisator 14 überführt wird, abgekühlt und dabei die kältere Lösung, die aus dem Kristallisator 14 in den Was­ serstoffreaktor 19 rezirkuliert wird, erwärmt wird.
Das bei der Reaktion des Siliciums und/oder der Siliciumle­ gierung mit der wäßrigen alkalischen Lösung verbrauchte Wasser wird über das in das Kristallisationsbett 12 eintau­ chende Steigrohr 23 aus dem Wasservorratsbehälter 11 er­ gänzt. Beim Nachspeisen von Wasser aus dem Wasservorratsbe­ hälter 11 wird im Kristallisator 14 die Siliciumionen ent­ haltende Lösung lokal verdünnt, so daß ihr pH-Wert lokal abgesenkt und die Ausscheidung kristallinen, wasserfreien Siliciumdioxids im Bett 12 beschleunigt wird.
Sobald die Kristallmenge des Betts 12 eine bestimmte Masse erreicht hat, wird zumindest ein Teil der ausgeschiedenen SiO2-Kristalle aus dem Kristallisator 14 entfernt. Dies wird durch Öffnen der steuerbaren Klappen 6 des Verschlus­ ses am Boden des Kristallisators 14 erreicht, so daß die Kristalle in den Wasservorratsbehälter 11 gelangen, in dem sie sich als Sediment 10 absetzen. Im Wasservorratsbehälter 11 geben die überführten Kristalle noch anhaftende Laugen­ reste ab und gleichen so einen Teil des verbrauchten Was­ servolumens aus. Gleichzeitig wird das Wasser im Vorratsbe­ hälter 11 mit Restlauge vermischt und der pH-Wert des Was­ sers im Wasservorratsbehälter 11 angehoben.
Obgleich bei der Umsetzung des Siliciums bzw. der Silicium­ legierung mit der wäßrigen alkalischen Lösung keine Lauge verbraucht wird und letztere nur katalytisch wirksam ist, ist ein regelmäßiges Zusetzen von Lauge dann erforderlich, wenn in die Vorrichtung eingetragenes Kohlendioxid, z. B. bei der Befüllung des Wasservorratsbehälters 11 mit Wasser, einen Teil der wäßrigen alkalischen Lösung neutralisiert. In diesem Fall wird dem Kristallisator 14 über das Laugen­ ventil 4 die erforderliche Laugenmenge zugesetzt.
Eine Steuerung der erzeugten Wasserstoffmenge erfolgt über die verfügbare Menge der wäßrigen alkalischen Lösung im Wasserstoffreaktor 19, die durch den Wasserstoffdruck mit­ tels des steuerbaren Gasventils 1 nach Art einer Niveaure­ gelung eingestellt wird. Wird durch die Umsetzung mehr Was­ serstoff gebildet als über das steuerbare Gasventil 1 abge­ führt wird, so verdrängt der Wasserstoff aufgrund seines steigenden Gasvolumens die wäßrige alkalische Lösung teil­ weise oder vollständig aus dem Wasserstoffreaktor 19 über den durchlässigen Zwischenboden 16 in den Kristallisator 14 bzw. in den Wasservorratsbehälter 11. Ist die wäßrige alka­ lische Lösung gänzlich aus dem Wasserstoffreaktor 19 ver­ drängt und ein Kontakt der Schüttung 17 mit der Lösung da­ durch unterbunden, wird die Wasserstoffbildung unterbro­ chen. Das Volumen der verdrängten Lösung wird durch das am Wasservorratsbehälter 11 angeordnete Volumenausgleichsele­ ment 8, welches mit dem steuerbaren Gasventil 1 zusammen­ wirkt, kompensiert. Das Volumenausgleichselement 8 dient ebenfalls zum Kompensieren des Volumens des bei der Umset­ zung verbrauchten Wassers.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, daß das Volumen des bei der Umsetzung verbrauchten Wassers bzw. das Volumen der mittels des steuerbaren Gasventils 1 aus dem Wasserstoffreaktor 19 verdrängten Lösung durch eine den Gasraum des Wasserstoffreaktors 19 oder die Ableitung 28 zum Ausschleusen des Wasserstoffs mit dem Wasservorratsbe­ hälter 11 verbindende Bypassleitung (nicht gezeigt) mit ei­ nem Steuerventil (nicht gezeigt), das mit dem steuerbaren Gasventil 1 zusammenwirkt, kompensiert wird.
Aufgrund ihrer kompakten kolonnenartigen Ausbildung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung z. B. zur Wasserstoffsynthese für Brennstoffzellen, insbesondere für Fahrzeuge mit Was­ serstoffantrieben, wie Brennstoffzellen, Wasserstoffmotoren oder dergleichen, geeignet. Dies insbesondere dann, wenn bei solchen Fahrzeugen das bei der Verbrennung in Brenn­ stoffzellen oder Wasserstoffmotoren entstehende Wasser wie­ der zur Wasserstofferzeugung verwendet wird. Auf diese Wei­ se wird der Wasserverbrauch solcher Fahrzeuge minimiert.
Bezugszeichenliste
1
Gasventil
2
Füllöffnung
3
thermische Isolation
4
Laugenventil
5
Umwälzpumpe
6
Verschluß
7
Zulaufventil
8
Volumenausgleichselement
9
Ablaufventil
10
Sediment
11
Wasservorratsbehälter
12
Bett
13
flüssigkeitsdurchlässige Perforation
14
Kristallisator
15
Wärmetauscher
16
flüssigkeitsdurchlässiger Zwischenboden
17
Schüttung aus Silicium oder Legierung desselben
18
flüssigkeitsdurchlässige Perforation
19
Wasserstoffreaktor
20
flüssigkeitsdurchlässige Perforation
21
gasdurchlässige Wandung
22
Umwälzrohr
23
Steigrohr
24
Zwischenstück
25
Zwischenstück
26
geneigter Boden
27
Trennwand
28
Ableitung
29
Strömungsrichtung
30
Strömungsrichtung

Claims (46)

1. Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff, indem eine wäßrige, alkalische Lösung mit Silicium und/oder we­ nigstens einer Siliciumlegierung unter Abspaltung von Wasserstoff umgesetzt und das Silicium in Form von Si­ liciumionen gelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Silicium und/oder die Siliciumlegierung bei erhöh­ ter Temperatur gelöst wird und die gelösten Silicium­ ionen bei einer Temperatur, die wenigstens 150°C be­ trägt und unterhalb der Lösetemperatur des Siliciums und/oder der Siliciumlegierung liegt, in Form von kri­ stallinem, im wesentlichen wasserfreiem Siliciumdioxid ausgeschieden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciumionen bei einer Temperatur von wenigstens 20°C unterhalb der Lösetemperatur ausgeschieden wer­ den.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die gelösten Siliciumionen bei einer Tempera­ tur von wenigstens 200°C ausgeschieden werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Silicium und/oder die Silici­ umlegierung bei erhöhtem Druck in der wäßrigen alkali­ schen Lösung gelöst wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Silicium und/oder die Siliciumlegierung bei einem Druck, der wenigstens dem Sättigungsdampfdruck der wäßrigen alkalischen Lösung entspricht, gelöst wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das Silicium und/oder die Siliciumlegierung bei einem Druck oberhalb des Sättigungsdampfdrucks der wäßrigen alkalischen Lösung gelöst wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige alkalische Lösung re­ zirkuliert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasseranteil der wäßrigen al­ kalischen Lösung im wesentlichen konstant gehalten wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des bei der Umsetzung verbrauchten Wassers der wäßrigen alkalischen Lösung ersetzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige alkalische Lösung mit Siliciumionen übersättigt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausscheiden des Siliciumdi­ oxids Impfkeime zugesetzt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Impfkeime aus Siliciumdioxid zugesetzt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des ausgeschie­ denen Siliciumdioxids abgetrennt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumdioxid sedimentiert wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Silicium und/oder die Silici­ umlegierung in partikulärer Form eingesetzt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Wasserstoffmenge ge­ steuert wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Wasserstoffmenge durch die für die Umsetzung verfügbare Menge der wäßrigen alkalischen Lösung gesteuert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die verfügbare Menge der Lösung über den Druck des erzeugten Wasserstoffs gesteuert wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß es kontinuierlich oder semikonti­ nuierlich durchgeführt wird.
20. Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff durch Um­ setzen einer wäßrigen alkalischen Lösung mit Silicium und/oder wenigstens einer Siliciumlegierung, insbeson­ dere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch einen Wasser­ stoffreaktor (19) mit einer verschließbaren Füllöff­ nung (2), einem Gasventil (1) sowie einem durchlässi­ gen Zwischenboden (16) zur Aufnahme einer Schüttung des Siliciums und/oder der Siliciumlegierung, durch einen dem Wasserstoffreaktor (19) kolonnenartig nach­ geschalteten, unterhalb des Zwischenbodens (16) ange­ ordneten Kristallisator (14) zum Ausscheiden von kri­ stallinem Siliciumdioxid und durch eine Einrichtung zum Zuführen der wäßrigen alkalischen Lösung auf den Zwischenboden (16).
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Wasserstoffreaktor (19) thermisch isoliert ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest der Wasserstoffreaktor (19) beheizt ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, da­ durch gekennzeichnet, daß zumindest der Wasserstoffre­ aktor (19) drucksteuerbar ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, da­ durch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffreaktor (19) mit dem Kristallisator (14) über ein Zwischenstück (24) unmittelbar verbunden ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Zuführen der wäßrigen alkalischen Lösung eine zwischen dem Was­ serstoffreaktor (19) und dem Kristallisator (14) ange­ ordnete Umwälzpumpe (5) zum Rezirkulieren der Lösung ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wasserstoffre­ aktor (19) und dem Kristallisator (14) Überströmventi­ le zum Rezirkulieren der Lösung angeordnet sind.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wasserstoffre­ aktor (19) und dem Kristallisator (14) wenigstens ein die Umwälzpumpe (5) aufnehmendes Umwälzrohr (22) zum Rezirkulieren der Lösung angeordnet ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Umwälzrohr (22) im Strömungsweg der von dem Wasserstoffreaktor (19) über den durchlässigen Zwi­ schenboden (16) durch das Zwischenstück (24) in den Kristallisator (14) ablaufenden Lösung angeordnet ist.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Umwälzrohr (22) zumindest im Bereich des Zwi­ schenstücks (24) als Wärmetauscher (15) ausgebildet ist.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 29, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Boden (26) des Kristal­ lisators (14) ein Bett (12) für Impfkeime und ausge­ schiedene Siliciumdioxidkristalle bildet.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 30, da­ durch gekennzeichnet, daß Kristallisationsflächen für die Ausscheidung von Siliciumdioxidkristallen bildende Kristallisationselemente auswechselbar in dem Kristal­ lisator (14) angeordnet sind.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallisationselemente gekühlt sind.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 32, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kristallisator ein Lau­ genventil (7) für die Zugabe frischer Lösung aufweist.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 33, da­ durch gekennzeichnet, daß ein mit dem Wasserstoffreak­ tor (19) und/oder dem Kristallisator (14) in Verbin­ dung stehender Wasservorratsbehälter (11) mit einem Zulaufventil (7) zum Nachspeisen von bei der Umsetzung verbrauchtem Wasser vorgesehen ist.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasservorratsbehälter (11) unterhalb des Kri­ stallisators (14) angeordnet und über ein Steigrohr (23) mit diesem verbunden ist.
36. Vorrichtung nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Boden (26) des Kristallisators (14) geneigt und ablaufseitig mit einem steuerbaren Ver­ schluß ausgestattet ist, der den Kristallisator (14), gegebenenfalls über ein Zwischenstück (25), unmittel­ bar mit dem Wasservorratsbehälter verbindet.
37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Verschluß in Form von Klappen (6) ausgebildet ist.
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 37, da­ durch gekennzeichnet, daß der Wasservorratsbehälter (11) einen geneigten Boden aufweist, an den sich ein Ablaufventil (9) zum Ablassen von sich ablagerndem Se­ diment anschließt.
39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 38, da­ durch gekennzeichnet, daß der bei der Umsetzung ent­ stehende Wasserstoffdruck im Wasserstoffreaktor (19) mittels des Gasventils (1) steuerbar ist.
40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Umsetzung verfügbare Menge der Lösung in dem Wasserstoffreaktor (19) mittels des Gasventils (1) durch den Wasserstoffdruck nach Art einer Niveausteue­ rung steuerbar ist.
41. Vorrichtung nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das steuerbare Gasventil (1) für den Wasserstoffdruck mit einem Volumenausgleichselement (8) zum Kompensieren des verdrängten Volumens der Lö­ sung zusammenwirkt.
42. Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenausgleichselement (8) am Wasservorrats­ behälter (11) angeordnet ist.
43. Vorrichtung nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wasservorratsbehälter (11) über eine mit einem mit dem steuerbaren Gasventil (1) zusammen­ wirkenden Steuerventil ausgestattete Verbindungslei­ tung mit dem Gasraum des Wasserstoffreaktors (19) oder mit einer Ableitung (28) zum Ausschleusen des Wasser­ stoffs zum Kompensieren des verdrängten Volumens der Lösung verbunden ist.
44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 43, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Wasserstoffreaktor (19) ein Gasreiniger für den gebildeten Wasserstoff nachge­ schaltet ist.
45. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 44 zur Wasserstoffsynthese für Brennstoffzel­ len.
46. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 44 zur Wasserstoffsynthese für Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieben, wie Brennstoffzellen, Wasser­ stoffmotoren oder dergleichen.
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