Wasserstoff- Energieträger der Zukunft

Wie gewinnt man H₂ auf eine sehr clevere & umweltfreundlichere Art und Weise?

Die heute im Wesentlichen diskutierten Prozesse zur Wasserstofferzeugung leiden immer noch unter der erheblichen direkten oder indirekten CO₂ Emission, sowie unter der betrieblichen Ineffizienz. Sie sind sehr energieintensiv und werden daher in Zukunft den Strombedarf vor allem aus erneuerbaren Energien noch weiter deutlich erhöhen, damit der H₂ Prozess als umweltfreundlich bezeichnet werden kann. Gleichzeitig sind Wasserstoffspeicherung und -transport mit hohen Energieverlusten verbunden, benötigen immense Investitionen und bergen große Risiken.

Auch sollte beachtet werden, dass die viel gepriesenen Techniken derzeit noch Mengen an Wasser in Trinkwasserqualität benötigen. Sauberes Trinkwasser, eine äußerst begrenzte Ressource. Und die Situation hinsichtlich des Zugangs zu sauberem Wasser wird sich in naher Zukunft weltweit weiter verschärfen, besonders in den Regionen wo die intensive Nutzung von Solarenergie vermeintlich von Vorteil ist. Der dirkete Einsatz von Salzwasser, der derzeit erforscht wird, könnte eine Lösung sein, um den Einsatz von wertvollem Trinkwasser zu vermeiden, ändert aber nichts an dem enormen zusätzlichen Energiebedarf für die Erzeugung von Wasserstoff.

Was, wenn es eine bessere Lösung gibt als die derzeit breit diskutierte?

Nutzung von Erdgas auf die „saubere“ Art und Weise

Dekarbonisierung zur Erzeugung von türkisem Wasserstoff

Nicht mittels Pyrolyse sondern mittels Mikrowellen-Plasmatechnik

H2! Plasma Tech, eine 100% CO₂-freie Plasmatechnologie zur katalytischen Spaltung von CH₄ in Wasserstoff und Kohlenstoff (Carbon Black) bei niedrigen Temperaturen und damit deutlich weniger energieaufwendig als Pyrolyseverfahren. Der energetische Umsetzungsgrad von > 90% bei niedriger Enthalpie reduziert den Energieverbrauch und die Verlustwärme im Vergleich zu allen anderen diskutierten Verfahren erheblich.

H2! Plasma Tech

Die „autarke“, „bei Bedarf“, „vor Ort“ und „zu Hause“ CO₂-freie Dekarbonisierung von Erdgas mittels Plasmaprozess, auch zur Deckung des individuellen Strom- und Wärmebedarfs zu Hause, stellt derzeit eine der energieeffizientesten Methoden zur Erzeugung von Wasserstoff dar.

Nutzung von Erdgas als Rohstoff für die CO₂ freie H₂-Produktion zur Deckung des zukünftigen Energiebedarfs

Erdgas nicht als Brennstoff nutzen oder als Nebenprodukt durch Abfackeln verschwenden, sondern als einen wertvollen Rohstoff verwenden, das ist das Ziel. So kann man beispielsweise durch Vermeidung des Abfackelns von Gas den CO₂-Fußabdruck sofort enorm verbessern, weitere Umweltverschmutzung vermeiden, und durch die Beseitigung aller sonstigen damit verbundenen negativen Aspekte aktiven Umweltschutz betreiben. So haben sich dieses Ziel z.B. die VAE Staaten auf die Fahnen geschrieben..

Erdgas emissionsfrei mittels Plasmatechnik in Wasserstoff umwandeln, zur direkten Verwendung als Treibstoff, zur Erzeugung von Strom und Wasser, zur Herstellung synthetischer flüssiger Treibstoffe, zur Verwendung in Blockheizkraftwerken, usw.

Derzeit wird alles, das fossilen Ursprungs ist geradezu verteufelt. So auch Erdgas. Aber ohne Grund. Erdgas wird noch über Jahrzehnte gefördert werden und verfügbar sein sowie neue Lagerstätten neu erschlossen. Die Infrastrukturen und Transportwege sind alle vorhanden, es ist und wird dezentral verfügbar sein und genutzt werden. Warum also nicht daraus etwas Besseres machen, einen Rohstoff für eine wasserschonende und CO₂-freie Produktion des zukünftigen Energieträgers H₂.

Plasmatechnologie, eine smarte und clevere Art, Wasserstoff dezentral, on-demand, vor Ort überall dort zu produzieren, wo H₂ direkt als Brennstoff, zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe, zur Erzeugung von Strom und Wärme (BHKW) und sauberem Wasser benötigt wird. Eine neuartige, patentierte Technologie, die mittels Plasmatechnologie CH₄ in H₂ + Carbon black umwandelt, energieeffizient, CO₂-neutral (keine Emission, weder direkt noch indirekt) und für den autarken Betrieb geeignet. Eine sehr effiziente Art, Wasserstoff zu erzeugen.

H2! Plasma Tech ist überall dort für den Einsatz geeignet, wo Erdgas derzeit schon verfügbar ist oder zukünftig leicht verfügbar gemacht werden kann. Es besteht kein Bedarf an Carbon Capture and Storage (CCS) und kein Bedarf „grauen“ Strom zu nutzen. Die Möglichkeit des Stand-alone Betriebs der Anlagentechnik macht die CO₂ freie Wasserstoffproduktion völlig unabhängig von erneuerbaren Energien. Steht kein Strom aus Wind, Sonne oder Wasser zur Verfügung, können die Anlagen in Kombination mit einer Brennstoffzelle ihren eigenen Energiebedarf für den Betrieb decken, wobei der netto H₂-Output höher ist als der H₂-Verbrauch für den Betrieb selbst. Somit besteht prinzipiell kein Bedarf an externer Energie und eine dauerhaft CO₂ freie H₂-Produktion ist möglich.

Die modularen & dynamisch skalierbaren Plasmaeinheiten können dezentral am Ort des Endverbrauchers installiert werden, z.B. in Häusern, in Wohngebieten, an Tankstellen, an dezentralen Ladestationen für die E-Mobilität, in Industrieanlagen, etc. Die Plasmamodule selbst sind in ihrer Leistung skalierbar sowie die Gesamtkapazität wiederum durch beliebige Kopplung einzelner Module zu Clustern.

Wasserstoff hat eine hohe massenspezifische Energiedichte, ist aber sehr flüchtig. Außerdem ist Wasserstoff sehr reaktiv und aggressiv gegenüber vielen Materialien wie z.B. Metallen. Metalle werden spröde, können Risse bilden und was die Langlebigkeit negativ beeinflusst. Das macht den Transport und die Lagerung riskant. Daher ist es am besten, ihn nicht zu lagern oder zu transportieren, sondern ihn bei Bedarf zu produzieren und zu verbrauchen. Die Kombination aus „autark“, „on-demand“ und „vor Ort“ macht Lagerung und Transport überflüssig und vermeidet die damit verbundenen Energieverluste, hohen Investitionen und Risiken.

Als wertvolles Nebenprodukt fällt im Prozess Kohlenstoff an, der CO₂-neutral genutzt werden kann. Dieses Carbon Black ist ein wertvoller CO₂ neutraler Rohstoff für den Verkauf. Es ist ein fließfähiges und leitfähiges, hochreines, hochwertiges, ultrafeines Pulver mit kugelförmigen Partikeln. Es eignet sich gut als Rohstoff für die Druck-, Reifen-, Chemie- und Pharmaindustrie zur Herstellung von Tonern, Reifen, Lacken und Farben, leitfähigen und beheizbaren Wandfarben, Elektroden, Sol-Gel-Medien, Keramiken, Leichtbaumaterialien, Verbundwerkstoffen, Schmierstoffen, Aktivkohleprodukten und vieles mehr. Auch für die Landwirtschaft kann es von hohem Interesse sein, indem es als „Terra Preta“ zur Bodenverbesserung, als Humus, zur Reduzierung des Düngerbedarfs und nicht zuletzt zur langfristigen Ertragssteigerung eingesetzt werden kann.

H2! Plasma Tech

Ein cleverer, energieeffizienter und CO₂ freier Weg zur Herstellung von Wasserstoff, der Quelle für die Energieversorgung der Zukunft.

Key Takeaways !

Verbrennen und Abfackeln von Erdgas war gestern.

Nutze Erdgas als Rohstoff für etwas Besseres.

Auf die clevere Art und Weise:
Emissionsfreie Aufspaltung von
CH₄ in 2H₂ und Carbon black
mittels H2! Plasma Tech.

Hoher energetischer Umsetzungsgrad bei niedriger Prozesstemperatur.

Autark, bei Bedarf, vor Ort, zu Hause & skalierbar.

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Lab Diamonds

What is formed over a billion years, one can generate within hours and days by focusing the elemental forces in a vacuum vessel. A method used to culture diamonds in the lab is the chemical vapour deposition (CVD).

Man-made or lab-grown diamonds (so called lab-diamonds) are optically, chemically and physically identical to their earth-mined counterparts.

Specialized CVD reactors are used to culture the high-quality roughs to become later a polished gem or a crystalline lens, an implant, a cutting blade, a scalpel edge, etc. Single crystalline, poly crystalline, electronic grade as well as highly oriented and ultra-nano crystalline material can be farmed.

In terms of jewellery, ethical and ecological gemstones are a booming market. Whichever way you look at lab grown diamonds, customers, especially younger generations want it and thus the growth is inevitable.

The smartest way culturing diamonds for jewellery in the lab is going for a turnkey solution including all processes along the production chain for roughs. Such modular expandable production cells are standardized, exclusive and unique.

Fast market access is essential

To fast-track the access to roughs from the lab, thus the participation in a rapidly growing market, operator models and contract production could be the entrance, also to bridge the time span until one really decides on setting up a vertically integrated own production line considering all the pros and cons. The main driver deciding for the fast track is the lack of expertise in farming diamonds. To get that, needs time. Time passing, while others take over the lead.

For applications other than jewellery tailored modifications of lab grown diamonds are of high future interest. Man-made diamonds modified to purpose can become of high interest for various future applications, e.g. as truly bio-inert material in the fast growing health care business as medical and dental implants, in the electronics and micro sensor sector, for micro-mechanics, as cutting blades, for quantum computing.

For such technical uses machines for research are available and will be specifically designed to purpose.

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Pimp My Tool:  Attraktives Verhaltensprofil durch „Präparation + Hightech Beschichtung“
G.Erkens, In: WOMag Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche, Ausgabe 06 / 2018, pp. 18-20
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CoEx – Coating Excellence: MpC Excellence Schichten bieten breitestes Anwendungsspektrum
G.Erkens, In: WOMag – Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche, Band 6, 1-2 (2017), pp. 36-37
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Paradigmenwechsel: Universell einsetzbare Verbundsysteme durch PVD- und PECVD-Excellence Schichten
G.Erkens, In: WOMag – Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche, Band 5, 06 (2017), pp. 18-20
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Novel multipurpose coatings (MpC) for universal use
G.Erkens, In: WOMag – Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche, Band 5, 7-8 (2016), pp. 17-18
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Steigerung der Ressourceneffizienz bei HSS-Fräsern: Angepasste Mikrogeometrien und Beschichtungen erhöhen Produktivität bei HSS-Werkzeugen
G. Erkens, B. Richter, T. Grove, B. Denkena, In: wt Werkstattstechnik online Jahrgang 108 (2018) H. 1/2, pp. 56-62

HSS – produktiv mit Verrundungs-Beschichtungs-Kombination
G. Erkens, B. Denkena, B. Richter, In: VDI-Z Special Werkzeuge August 2018, pp. 19-21

About the Synthesis of Next Generation High Oxidation Resistant Hard Coatings by Means of Novel High Ionization Hybrid PVD Processing HI3
G. Erkens, J. Vetter, et al., In: Proceedings 18th Plansee Seminar, HM44, (2013), pp. 1366–1380

“ 唯一真正” 的高能效混合工艺———苏尔寿
ＨＩ３ ＰＶＤ 技术开创新一代高性能涂层
High Productivity by Sulzer HI3 PVD Technology, The “only true” Energy Efficient Hybrid Process Technique to Synthesise Next Generation High Performance Coatings
G. Erkens, J. Vetter, J. Mueller, In: The Magazine for Cutting & Measuring Engineering Vol. 47 No.5 (2013), total issue No. 477, pp. 3-7

ＳＩＢＯＮＩＣＡ———采用新型高离化混合 ＰＶＤ 工艺 ＨＩ３ 技术生成
的抗氧化性能最佳的新一代刀具涂层
SIBONICA, The next Generation of Highest Oxidation Resistant Tool Coatings Synthesised by Means of Novel High Ionization Hybrid PVD Processing HI3
G. Erkens, J. Vetter, J. Mueller, Th. Krienke, In: The Magazine for Cutting & Measuring Engineering Vol. 47 No.9 (2013), total issue No. 481, pp. 18-24

An Innovative Approach to New Hybrid Coatings based on HiPIMS Technology: The HI3 process
J. Vetter, J. Müller, G. Erkens, In: Proceedings TIRI+SFSJ Tokyo (2012)

Domino Platform: PVD Coaters for Arc Evaporation and High Current Pulsed Magnetron Sputtering
Vetter, J., Müller, J., Erkens, G, In: IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 39 1 012004 (2012)

Trends in der PVD-Beschichtung
G. Erkens et al., In: Werkstatt-Betrieb WB 145 1-2/ (2012), pp. 32-35

High performance hard carbon coatings (diamond-like coatings)
Vetter, J. Ackerman, C., Meunier, F., Jarry, O., Schumacher, D., Erkens, G., In: Vakuum in Forschung und Praxis 24 2 (2012), pp. 18-23

Hochleistungsschichten – maßgeschneidert in atomaren Dimensionen
J. Vetter, G. Erkens, et al., In: Galvanotechnik 8/ (2011), pp. 1826-1830

Plasma Assisted Surface Coating
Processes, methods, systems and applications
G. Erkens, et al., Bibliothek der Technik Süddeutscher Verlag anpact GmbH

full text: auf Anfrage / upon request

Residual Stress in PVD-Coated Carbide Cutting Inserts – Applications of the sin2ψ and the Scattering Vector Method
B. Denkena, G. Erkens, B. Breidenstein, In: Processing and manufacturing of advanced materials (2010), pp. 2383-2388

A Novel Approach to Micro Alloying and Structure Design of High Performance Coatings
G. Erkens, J. Alami, et al., In: Proceedings 17th Plansee Seminar, Vol. 2, HM37/1-8, (2009)

Hochleistungsschichten – maßgeschneidert in atomaren Dimensionen
J. Vetter, G. Erkens, J. Alami, M. Fromme, U. Baier, In: Werkstoffe 3/ (2009), pp. 31-33; Galvanotechnik 8/ (2011), pp. 1826-1830

Mikrolegierte Beschichtung Mpower für die Hochleistungszerspanung: Hochgradig angepasste Systeme
Erkens, G., Alami, J., Muller, J., In: Werkstatt und Betrieb 142  4 (2009), pp. 18-23

Beschichtungen und Oberflächenmodifikationen in der Lagertechnik
Brinke, T.a.d., Erkens, G., Crummenauer, J., In: Gleit- und Walzlagerungen VDI Berichte 2069 (2009), pp. 289-296

Mikrolegierte PVD Hartstoffschichten – Mehr Produktivität bei hohen Schnittraten
G. Erkens, J. Alami, J. Müller, In: JOT Journal für Oberflächentechnik 04/ (2009), pp. 2-5

Innovative PVD-Schichten und neuste PVD-Beschichtungstechnik
Vetter, J., Erkens, G., Alami, J., Müller, J., Elektrowaerme International Heft 2 (2009), pp.93-96

Hochleistungsbeschichtungen für Präzisionswerkzeuge der Zerspanung, der Ur- und Umformung, der Formgebung und der Kunststoffverarbeitung
G. Erkens, In: Jahrbuch der Oberflächentechnik 2008 Band 64 (2008), pp. 100-131

New approaches to plasma enhanced sputtering of advanced hard coatings
G. Erkens, In: Surface & Coatings Technology Volume: 201, Issue: 9 (2007), pp. 4806-4812

Beschichten in eigener Regie
von der Heide, V., Erkens, G., In: Werkstatt und Betrieb 140 6 (2007), pp. 48-51

Über die Vorteile gepulster Plasmen zur Abscheidung innovativer tribologischer Hochleistungs-schichten auf Lagerkomponenten
G. Erkens, T. Rasa, J. Müller, CH. Brecher, In: Galvanotechnik Volume: 97, Issue: 55 (2006), pp. 1224-1235

A novel Method to characterize Cohesion and Adhesion Properties of Coatings by Means of the inclined Impact Test
Bouzakis, K. D., Asimakopoulos, A., Erkens, G. et al., In: Plansee Seminar Powder metallurgical high performance materials (2005), pp. 1221-1234

Properties and performance of high aluminum containing (Ti,Al)N based supernitride coatings in innovative cutting applications
Erkens, G., Cremer, R., et al., In: Surface & Coatings Technology 177-178 (2004), pp. 727-734

C/7 Supernitrides: A novel generation of PVD hardcoatings to meet the requirements of high demanding cutting applications
Erkens, G. et al., In: International Institution for Production Engineering Research; Manufacturing technology (2003), pp. 65-68

Sputter deposition of crystalline alumina coatings
Cremer, R., Reichert, K., Neuschütz, D., Erkens, G., Leyendecker, T., In: Surface & Coatings Technology 163-164 (2003), pp. 157-163

Oxidation resistance of titanium-aluminium-silicon nitride coatings
Vennemann, A., Stock, H.-R., Kohlscheen, J., Rambadt, S., Erkens, G., In: Surface & Coatings Technology 174-175 (2003), pp. 408-415

Pulsed Plasma Deposition of Oxide Hard Coatings
Cremer, R., Reichert, K, Erkens, G., Neuschutz, D. , In: High Temperature Material Processes  6  4 , pp. 455-468 (2002)

Coating Processes
K.-D. Bouzakis, N. Vidakis, G. Erkens, In: Sensors in Manufacturing, Edited by H.K.Tönnshoff, I.Inasaki, Wiley-VCH Verlag GmbH Volume 1 (2001), pp. 307-325

Comparative characterization of alumina coatings deposited by RF, DC and pulsed reactive magnetron sputtering
Cremer, R., Witthaut, M., Neuschutz, D., Erkens, G. et al., In: Metallurgical coatings and thin films (1999), pp. 213-218

Technology and Application of Soft, Hard and Superhard Coatings
Erkens, G., Leyendecker, T. et al., In: Surface engineering and coatings (1999), pp. 433-442

Performance of oxygen-rich TiAlON-coatings for dry cutting applications
H.-G. Fuss, T. Leyendecker, G. Erkens, .., H.K.Tönshoff et al., In: Surface and Coatings Technology, Vol. 108-109 (1-3) (1998), pp. 535-542

Upscaling Multilayer Applications in a PVD-Coating System
Leyendecker, T., Erkens, G., Esser, S., In: Society of Vacuum Coaters 40 (1997), pp. 24-28

TiAlN-Al₂O₃ PVD-Multilayer for Metal Cutting Operation
Leyendecker, T., Rass, I., Erkens, G., Feldhege, M., In: Plasma surface engineering 1/3 (1997), pp. 790-793

A Comparative Study of ZrO₂ Film Deposition by Electron and Laser Radiation
Kreutz, E. W., Alunovic, M., Erkens, G., Funken, J., In: Welding and melting by electron and laser beams (1993), pp. 475-488

The morphology and mechanical properties of Al₂O₃, ZrO₂ and SiC laser-assisted physically vapour deposited films
Sung, H., Erkens, G. Funken, J., Voss, A., In: Surface & Coatings Technology 54/55,  1/3-2 (1992), 541-547

Characterization and Applications of PLD Oxide Ceramic Films
Erkens, G. et al., In: Laser treatment of metals (1992), pp. 451-460