Techno-Economic Analysis of Candidate Oxide Materials for Thermochemical Storage in Concentrating Solar Power Systems

The thermal storage capability is an important asset of state-of-the-art concentrating solarpower plants. The use of thermochemical materials, such as redox oxides, for hybridsensible/thermochemical storage in solar power plants offers the potential for higherspecific volume and mass storage capacity and as a consequence reduced levelized costof electricity making such plants more competitive. For the techno-economic systemanalysis, three candidate redox materials were analyzed for their cost reduction potential:cobalt-based, manganese–iron–based, and perovskite-based oxide materials. As areference process the use of inert commercial bauxite particles (sensible-only storage)was considered. A solar thermal power plant with a nominal power of 125 MWeand astorage capacity of 12 h was assumed for the analysis. For each storage material a plantlayout was made, taking the specific thermophysical properties of the material intoaccount. Based on this layout a particle break-even cost for the specific material wasdetermined, at which levelized cost of electricity parity is achieved with the referencesystem. Cost factors mainly influenced by the material selection are storage cost andsteam generator cost. The particle transport system cost has only a minor impact. Theresults show differences in the characteristics of the materials, for example, regarding theimpact on storage size and cost and the steam generator cost. Regarding the economicpotential of the candidate redox materials, the perovskite-based particles promise to haveadvantages, as they might be produced from inexpensive raw materials

Oxidation kinetics of La and Yb incorporated Zr-doped ceria for solar thermochemical fuel production in the context of dopant ionic radius and valence

The influence of ionic radii and valence of dopants in Ce0.9LaxYbyZr0.1−x−yO2−δ (x = 0, 0.05, 0.1, y = 0, 0.05, 0.1) on the oxidation kinetics were investigated by thermogravimetric analysis in synthetic air and were compared to undoped ceria. Samples co-doped with Zr–La and Zr–Yb exhibited moderate oxidation kinetics that were slower than undoped ceria, but much faster than 10mol% Zr-doped ceria. The extrinsic oxygen vacancy induced by the trivalent dopants improves the kinetics at oxidation temperatures below 700 °C, where the diffusion, and not the surface exchange reaction is the limiting factor. A smaller ionic radius of the substituent (i.e. r(Yb3+) r(La3+)) in the co-doped ceria tends to facilitate lower activation energy resulting in slightly faster oxidation kinetics at temperatures below 700 °C. In contrast, additional extrinsic vacancies are rather obstructive at high temperatures (i.e. T 700 °C) due to a change of rate limiting mechanism from bulk oxygen diffusion to surface exchange reaction. Overall, the valence of the dopant rather than the ionic radius seems to determine the oxidation kinetics primarily, and additional La or Yb doping on Zr-doped ceria is appealing especially when the applications are focused on low temperature reactions

Wasserstoff als ein Fundament der Energiewende Teil 1: Technologien und Perspektiven für eine nachhaltige und ökonomische Wasserstoffversorgung

Wasserstoff hat das Potenzial, der zentrale Baustein für eine Energiewirtschaft mit massiv reduzierten Treibhausgasemissionen zu sein. Er bietet Antworten auf bisher ungelöste Fragen der Energiewende, insbesondere in den Bereichen Transport und Langzeitspeicherung. Wasserstoff ermöglicht es außerdem industrielle Prozesse emissionsfrei zu gestalten, bei denen dies auf andere Art kaum realisierbar wäre. Aufgrund seiner vielfältigen Einsatzmöglichkeiten über die Sektorengrenzen hinaus lassen sich zudem Synergiepotenziale nutzen, die die Wasserstoffwirtschaft mit voranschreitendem Ausbau der erforderlichen Infrastruktur zunehmend auch ökonomisch attraktiv machen. Hilfreich wird in diesem Zusammenhang eine langfristige Investitionssicherheit für Importinfrastruktur und lokale Verteilinfrastrukturen sein. Es gibt eine Vielzahl von Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff. Diese unterscheiden sich sowohl in den eingesetzten Prozessen und Komponenten zur Stoffumwandlung als auch in den verwendeten Energie- und Materialquellen. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Produktionskosten und mit der Produktion verbundene stark variierende Treibhausgasemissionen. Da angesichts der Erreichung von Klimaschutzzielen die graue Produktion von Wasserstoff nicht zielführend ist, sind die blauen und vor allem die grünen Verfahren zu betrachten und vergleichend zu bewerten. Der weitere Einsatz von blauen Methoden wird entscheidend davon abhängen, wie schnell und effizient CCS-Optionen großskalig zur Verfügung stehen werden und inwiefern eine dauerhafte Speicherung im Untergrund garantiert werden kann. Dies vorausgesetzt, bieten auch blaue Technologien in einem Übergangszeitraum Potenzial für eine kostengünstige, großskalige Produktion von emissionsreduziertem bzw. -freiem Wasserstoff. Langfristig wird sich allerdings die grüne Herstellung von Wasserstoff durchsetzen müssen, um Wasserstoff als universalen Energieträger eines CO2-neutralen Energiesystems zu etablieren. Dass dies großskalig technisch möglich und ökonomisch attraktiv sein kann, zeigt die Analyse der verfügbaren und sich in der Entwicklung befindlichen Technologien. Eine essentielle Voraussetzung für den Erfolg der grünen Herstellungsmethoden wird die ausreichende und kostengünstige Verfügbarkeit von erneuerbaren Energiequellen sein. Hier sind vor allem Sonne und Wind, aber auch Biomasse, Wasserkraft und Geothermie zu nennen. Als einer der Hauptstränge für die Wasserstoffproduktion in Deutschland, teils auch in Europa, wird häufig die Nutzung von Überschussstrom aus intermittierenden erneuerbaren Energiequellen in Elektrolyseanlagen genannt. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass die Wasserstoffgestehungskosten stark vom jährlichen Ausnutzungsgrad der Umwandlungsanlagen abhängen und daher ein Anlagenbetrieb mit höheren Volllaststunden vorteilhaft ist. Auch ist zukünftig mit der Nutzung von Überschussleistungen durch andere flexible Verbraucher (zum Beispiel Power-to-Heat) zu rechnen. Für eine großskalige grüne Wasserstoffproduktion ist daher ein massiver zusätzlicher Ausbau von Anlagen zur Erzeugung von erneuerbarem Strom erforderlich. Nichtsdestotrotz können flexibel ausgelegte Wasserstoff-Produktionsanlagen prinzipiell auch anteilig erneuerbaren Überschussstrom nutzen und so sowohl zur besseren Integration fluktuierender Erzeugungsleistungen als auch zur Stabilisierung der Stromnetze beitragen. Das Potenzial der erneuerbaren Energien ist in Deutschland aufgrund der Ressourcen sowie angesichts des beanspruchbaren Platzangebots beschränkt. Ebenso ist bei einem massiven weiteren Ausbau von insbesondere Windkraftanlagen mit zunehmenden Akzeptanzrisiken zu rechnen, was die derzeitige Krise der Windkraft eindrücklich zeigt. Vor diesem Hintergrund erscheint vor allem die großskalige, zentrale Produktion von Wasserstoff in Ländern mit großem Angebot an erneuerbaren Energiequellen sowie an geeigneten und verfügbaren Flächen attraktiv. Als wichtiger Aspekt für die zukünftige Versorgungssicherheit müssen in diesem Zusammenhang unter anderem geopolitische Aspekte beachtet werden. Für eine importbasierte Wasserstoffwirtschaft scheinen technologische Lösungen für die Speicherung und den Transport in Größe und Kosten kein Hindernis zu sein. Daher stellt diese Option eine zumindest aus techno-ökonomischer Sicht attraktive und zentrale Komponente dar

Solar thermochemical energy storage in elemental sulphur: design, development and con-struction of a lab-scale sulphuric acid splitting reactor powered by hot ceramic particles

A proof of concept sulphuric acid splitting/decomposition prototype driven by hot bauxite particles is designed and developed. The lab-scale test reactor is a novel counter-current flow shell-and-tube heat exchanger with particles on the shell side and sulphuric acid on the tube side with mass flow rates of 10 kg/h and 2 kg/h, respectively. A one-dimensional heat transfer model was developed based on correlations of the flow boiling heat transfer coefficient and particle bed heat transfer coefficient for sizing the shell-and-tube heat exchanger. A detailed study was carried out in order to choose suitable materials especially in the sulphuric acid inlet and evaporation section. A new concept of an electrically heated, continuously operated particle heating system was designed and developed to provide the splitting reactor with hot particles. Different cases were studied using a finite element method (FEM) analysis to qualify the particle heater and examine its thermo-mechanical stabilit

Mediastinal debulking for a T-cell leukaemia/lymphoma presenting with cardiac tamponade

Anterior mediastinal masses are relatively uncommon and include a wide variety of lesions. Lymphomas account for 25% of anterior mediastinal masses. Lymphomas and other haematological malignancies are associated with pericardial effusion. There are also cases where a cardiac tamponade occurred. The aim of the case reported herein is to discuss the surgical approach and particularly the mediastinal debulking as an adjunct to systematic treatment for haematological diseases presenting as an anterior mediastinal mass responsible for a cardiac tamponade