Einsatz von Biogas in PEM-Brennstoffzellen:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Potsdam-Bornim
Leibniz-Institut für Agrartechnik
2009
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| Schriftenreihe: | Bornimer agrartechnische Berichte
71 |
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Literaturverz. S. 146 - 155 |
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| adam_text | Titel: Einsatz von Biogas in PEM-Brennstoffzellen
Autor: Scholz, Volkhard
Jahr: 2009
Bomimer Agrartechnische Berichte • Heft 71
InhaKsverzeichnis
1 Problem und Zielstellung.............................................................................................5
2 Stand der Forschung und Entwicklung.....................................................................8
2.1 Erzeugung und Eigenschaften von Biogas.............................................................8
2.1.1 Eigenschaften und Zusammensetzung von Biogas **....................................8
2.1.2 Spurengase im Biogas **.................................................................................9
2.1.3 Einfluss der Substratzusammensetzung auf die Spurengasbildung **........10
2.1.4 Einfluss des Garverfahrens auf die Spurengasbildung **.............................12
2.1.5 Methoden zur Messung von Spurengasen im Biogas **..............................13
2.2 Technische Système zur gekoppelten Energieerzeugung aus Biogas...............15
2.2.1 Einfuhrung*...................................................................................................15
2.2.2 Gas-Ottomotoren *.........................................................................................18
2.2.4 Stirlingmotoren *............................................................................................22
2.2.5 Mikrogasturbinen *.........................................................................................24
2.2.6 Phosphorsâure BrennstoffzeJlen (PAFC) *....................................................26
2.2.7 Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen (MCFC) *...............................................28
2.2.8 Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) *..............................................................30
2.3 Nutzung von Biogas mit PEM-Brennstoffzellen....................................................33
2.3.1 Aufbau und Funktion von PEM-Brennstoffzellen *........................................33
2.3.2 Stationâre PEM-Brennstoffzellenanlagen *...................................................38
2.3.3 Wirkung von Spurengasen auf PEM-Brennstoffzellensysteme **................41
2.3.4 Biogasgespeiste PEM-Brennstoffzellen *......................................................42
2.4 Reformierung.........................................................................................................44
2.4.1 Reformierungsverfahren *.............................................................................44
2.4.2 Reformierung von Biogas *............................................................................48
3 Material und Methoden...............................................................................................51
3.1 Biogasanalysen.....................................................................................................51
3.1.1 Messprogramm zur Spurengasanalyse von Biogas **.................................51
3.1.2 Messeinrichtung zur Spurengasanalyse **...................................................53
3.1.3 Biogas Probenahme- und aufgabe **............................................................55
3.1.4 Probenstabilitât in den PETP-Probenbeuteln **............................................55
3.1.5 GC-MS Methodenentwwcklung **...................................................................56
3.1.6 Kalibrierung, Nachweisgrenzen und Reproduzierbarkeit des GC-MS .....58
3.1.7 Messdatenaufbereitung der Biogasanalysen **............................................60
3.1.8 Qualitâtssicherung und technische Problème der Spurengasanalysen ...60
3.1.9 Fehleranalyse**.............................................................................................62
3.2 Biogasreformierung und Brennstoffzellenkopplung..............................................63
3.2.1 Versuchsprogramm *.....................................................................................63
3.2.2 Feed-Gase*...................................................................................................67
3.2.3 Versuchsaufbau *...........................................................................................69
3.2.4 Spezifikation des Versuchsreformers *.........................................................72
3.2.5 Betrieb des Versuchsreformers *...................................................................74
3.2.6 Spezifikation und Betrieb der PEM-BrennstcflzeHenanlage *.......................78
3.2.7 Pronova Gasanatysator *...............................................................................81
3.2.8 Berechnung von KenngrôSen und Bilanzieaing *.........................................82
3.2.9 Prozessstonulation der Dampfreformierung *................................................89
Scholz, Schmersahl, Ellner
4 Spurengase im Biogas - Ergebnisse und Diskussion...........................................90
4.1 Messergebnisse....................................................................................................90
4.1.1. Punktuelle Anlagenbeprobung **..................................................................90
4.1.2 Gärveriaufsmessungen **.............................................................................93
4.2 Einflussgrößen auf die Spurengasbildung.........................................................100
4.2.1 Substrate **.................................................................................................100
4.2.2 Temperatur ..............................................................................................103
4.2.3 Raumbelastung **.......................................................................................106
4.2.4 Prozesstrennung .....................................................................................108
4.3 Zusammenfassung der Ergebnisse...................................................................111
5 Biogasreformierung - Ergebnisse der Überblicksversuche..............................112
5.1 Teilprozess Reformierung...................................................................................112
5.1.1 Wasserstoffreinheit*...................................................................................112
5.1.3 Methanumsatz*..........................................................................................116
5.1.4 Vergleich der Versuchsergebnisse mit den Simulationsergebnissen *......117
5.1.5 Wirkungsgrade*..........................................................................................119
5.2 CO-Eliminierung..................................................................................................122
5.2.1 Reinigungsleistung der CO-Shift *..............................................................122
5.2.2 Selektive Oxidaöon *...................................................................................125
5.2.3 Wirkungsgrade der CO-Eliminierung *........................................................127
5.3 Gesamtreformer..................................................................................................127
5.3.1 Wasserstoffreinheit *...................................................................................127
5.3.2 Wirkungsgrade des Reformers *.................................................................129
6 Ermittlung optimierter Betriebsparameter für die Biogasreformierung............130
6.1 Darstellung der Messergebnisse und Modellierung *........................................130
6.2 Kohlenmonoxidkonzentration *...........................................................................132
6.3 Optimierung auf einen hohen Gaswirkungsgrad *.............................................134
6.4 Optimierung auf einen hohen Wasserstoffwirkungsgrad *.................................135
7 Gekoppelter Betrieb von Reformer und Brennstoffzelle.....................................138
7.1 Brennstoffzellenbetrieb mit Biogasreformat *.....................................................138
7.2 Optimierung des Reformerwirkungsgrades für ein PEM-Brennstoftzellen-
system*..............................................................................................................139
8 Zusammenfassung und Ausblick..........................................................................141
Literaturverzeichnis.........................................................................................................146
Abkürzungsverzeichnis..................................................................................................156
Formelzeichen..................................................................................................................157
Indizes...............................................................................................................................158
Abbildungsverzeichnis...................................................................................................159
TabeBenverzeichnis.........................................................................................................163
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