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Heterogeneous catalysts usually consist of porous, inorganic materials. Especially in the mobile application, e.g., in exhaust gas catalysis as a part of the gas line of an engine, there are loads due to vibrations and high gas velocities. It can be assumed that physical stress will lead to a loss of the catalytically active coating. The present contribution describes experimental setups and methods for a systematic and reproducible investigation of the main influences to the mass loss due to vibrational and fluid‐mechanical stress caused by particle‐free gas flows.
Today, the use of renewable energies and recycling of climate-changing gases are increasingly important. In this context,coupling of methanation with small, decentralized CO2sources such as biogas plants provides one possibility. However,fluctuating availability of renewables for hydrogen production in combination with small storage volumes result in anenhanced demand for dynamic process operation. This leads to new research challenges with respect to the required cata-lysts and the overall process design. To draw reliable conclusions about the catalytic performance under dynamic processoperation, the mechanism of the methanation reaction as well as typical deactivation procedures of the catalyst appliedunder steady-state conditions have to be reviewed thoroughly.
In the context of using renewable energies and recycling climate-changing gases, methanation of CO2 provides one possibility. However, volatile availability of renewable energies for hydrogen production and fluctuating CO2streams from different sources lead to enhanced demand in investigating the influence of dynamic process operation on the catalyst performance, including detailed kinetic characterization. Reliable kinetic measurements require isothermal temperature control and absence of macrokinetic diffusion limitations. Both were investigated in this work while the determination of steady-state kinetic parameters is part of ongoing studies. Furthermore, a detailed analysis with respect to the long-term-stability of the nickel-based catalyst was performed
Die katalytische Methanisierung von Kohlendioxid (CO2) mit Hilfe von elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff (H2) aus erneuerbaren Energiequellen kann einen wichtigen Beitrag zur Reduktion von CO2-Emissionen leisten. Aufgrund einer immer stärker fluktuierenden Energie- und Rohstoffbereitstellung spielt die Möglichkeit einer flexiblen, dynamischen Betriebsweise eine zunehmend große Rolle für zukünftige Technologien. Dies bedingt auch im Fall der katalytischen Methanisierung umfangreiche Untersuchungen, um zu ermitteln, inwieweit eine dynamische Fahrweise Auswirkungen auf Prozess und Katalysator besitzt. An diesem Punkt setzte das HiFF-Projekt Power2Gas an.
So wurden verschiedene nickelbasierte Katalysatorsysteme synthetisiert, wobei sich der via Imprägnierung hergestellte Ni/Al2O3-Katalysator sowohl aufgrund seiner guten Leistung als auch der praktikablen und reproduzierbaren Herstellung als geeignetes Benchmark-System für weitere Untersuchungen - vor allem im kinetischen Bereich - erwies. Während umfassender Parametervariationen wurden kinetische Datensätze im stationären Zustand bestimmt, die zur Modellierung der katalysierten CO2-Methanisierung verwendet werden können. Darüber hinaus wurden in ausgewählten Versuchsreihen die isotherme Temperaturkontrolle und eine ausreichende Langzeitstabilität sichergestellt sowie makrokinetische Diffusionsbeschränkungen ausgeschlossen.
Die Ergebnisse wurden in einer peer-review-Publikation veröffentlicht und auf zwei Konferenzen präsentiert. Sie waren zudem die Basis für eine erfolgreiche Masterarbeit und flossen in die Antragstellung im Rahmen des DFG-Programms „Großgeräteaktion für Hochschulen für Angewandte Wissenschaften“ ein.
