@techreport{ThemaKaulSterneretal., author = {Thema, Martin and Kaul, Anja and Sterner, Michael and Heberl, Michael}, title = {Optimierung eines Rieselbett-Bioreaktors f{\"u}r die dynamische mikrobielle Biosynthese von Methan mit Archaeen-Mikroorganismen in Power-to-Gas-Anlagen}, doi = {10.2314/KXP:1815321555}, abstract = {Das {\"u}bergeordnete Ziel des Vorhabens war die Entwicklung neuer technologischer M{\"o}glichkeiten f{\"u}r den biologischen Methanisierungsprozess mit Archaeen1 in Power-to-Gas-Anwendungen. Im Gegensatz zur technisch ausgereiften chemisch-katalytischen Methanisierung sind hier noch Potenziale zur Optimierung verfahrenstechnischer und biologischer Prozesse f{\"u}r das Speicherkonzept Power-to-Gas [7] vorhanden. Dabei sollte zum einen ein Rieselbett-Bioreaktor optimiert, simuliert und f{\"u}r die Hochskalierung vorbereitet werden. Zum anderen sollte eine Kombination optimal geeigneter Mikroorganismen und Packungsmaterialien selektiert und deren Verhalten und Eignung im Reaktor analysiert werden. Das Verhalten des entwickelten Systems sollte zun{\"a}chst im Labor- und Technikumsmaßstab und anschließend im Feldtest an einer bestehenden Power-to-Gas-Anlage untersucht werden. Hauptziel w{\"a}hrend des Feldtests war die Produktion von einspeisef{\"a}higem Methan sowie dessen Einspeisung ins Gasnetz. Ein Hauptziel des Projektes war es, die Normung und Standardisierung notwendiger Systemparameter und Semantik zur Beschreibung und Einbindung biologischer Methanisierungseinheiten in Power-to-Gas-Anlagen voranzutreiben. Dies sollte zum einen die Vergleichbarkeit der wissenschaftlichen Erkenntnisse verbessern und zum anderen unterst{\"u}tzend bei der Kommerzialisierung der Technologie wirken. Aus dem Projekt heraus wurde so die neue Normungsreihe VDI 4635 Power-to-X beim Verein Deutscher Ingenieure angestoßen.}, language = {de} } @misc{SternerHeberl, author = {Sterner, Michael and Heberl, Michael}, title = {The ORBIT-Project: Biological methanation in a trickle-bed reactor - key results and next steps}, series = {5th Nuremberg Workshop on Methanation and 2nd Generation, N{\"u}rnberg Friedrich-Alexander-Universit{\"a}t, 28.05.2021}, journal = {5th Nuremberg Workshop on Methanation and 2nd Generation, N{\"u}rnberg Friedrich-Alexander-Universit{\"a}t, 28.05.2021}, organization = {Friedrich-Alexander-Universit{\"a}t Erlangen-N{\"u}rnberg / Lehrstuhl f{\"u}r Energieverfahrenstechnik}, language = {en} } @misc{Heberl, type = {Master Thesis}, author = {Heberl, Michael}, title = {Power-to-Ammoniak}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:898-opus4-22167}, school = {Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg}, pages = {68}, abstract = {Ammoniak ist Grundbaustein f{\"u}r die Herstellung von D{\"u}ngemitteln und dementsprechend f{\"u}r die Nahrungsmittelindustrie unentbehrlich. Ca. 40-50 \% der Weltbev{\"o}lkerung sind von Nahrungsmitteln abh{\"a}ngig, die mit Hilfe von Ammoniakd{\"u}ngern hergestellten wurden. Weltweit wurden alleine im Jahr 2015 181 Mt Ammoniak produziert, wodurch die Ammoniakherstellung mit 1,2 \% am gesamten Energieverbrauch der Welt beteiligt ist und f{\"u}r 0,93 \% der globalen Treibhausgasemissionen zust{\"a}ndig ist. Auch in Zeiten der Energiewende ist diese Grundstoffchemikalie unentbehrlich, ist aber auf einem anderen Wege herzustellen. Ziel dieser Arbeit ist die Darstellung verschiedener M{\"o}glichkeiten zur erneuerbaren Elektrifizierung und Dekarbonisierung der Ammoniakindustrie, wodurch der Einsatz von herk{\"o}mmlichen Energietr{\"a}gern wie Erdgas, Kohle und {\"O}l negiert werden kann. Ammoniak wird aktuell {\"u}ber das Haber-Bosch-Verfahren aus den Rohstoffen Erdgas, Kohle und {\"O}l gewonnen. Bei diesem Verfahren wird {\"u}ber einen Prim{\"a}r- und Sekund{\"a}rreformer Wasserstoff und Stickstoff gewonnen. Andere Gasbestandteile werden gefiltert oder umgewandelt, um sch{\"a}dliche Katalysatorgifte (CO, H2S) zu entfernen. Im Reaktor wird an Eisenkatalysatoren aus Wasserstoff und Stickstoff letztendlich Ammoniak hergestellt. Der Energieverbrauch des Haber-Bosch Verfahrens schwankt zwischen 7,8 MWh/t NH3 f{\"u}r eine moderne und sehr effiziente Anlage mit Erdgas und 13,6 MWh/t NH3 f{\"u}r eine alte mit Kohle betriebene Anlage. An Emissionen treten pro hergestellter Tonne Ammoniak je nach Rohstoff 1,6-3,8 t CO2-eq auf. Neben der Biomassevergasung gibt es mehrere rein elektrische Ans{\"a}tze zur Ammoniakherstellung. Die unterschiedlichen elektrochemischen Ans{\"a}tze zur direkten Ammoniaksynthese, wie der Einsatz von Fl{\"u}ssigsalzelektrolyten oder Feststoffelektrolyten, wurden in Abschnitt 3.2 vorgestellt. Einige dieser Technologien zeigen vielversprechende Ans{\"a}tze, sind jedoch zum aktuellen Zeitpunkt noch zu weit von einem industriellen Einsatz entfernt. Der Einsatz der Wasserelektrolyse in Kombination mit einer Luftzerlegungseinheit ist die derzeit vielversprechendste Methode Ammoniak auf einem strombasierten und dekarbonisierten Wege herzustellen. Bei diesem System wird Wasserstoff im Elektrolyseur und Stickstoff in der Luftzerlegungseinheit hergestellt. Die Ammoniaksynthese findet hierbei in einem Reaktor nach Vorbild des Haber-Bosch-Prozesses statt. Mit diesem System ist ein Energieverbrauch von ca. 10 MWh/t NH3 notwendig. Durch den Einsatz von rein erneuerbar hergestelltem Strom als Energietr{\"a}ger l{\"a}sst sich mit diesem Technologiezusammenschluss die Ammoniakherstellung komplett Emissionsfrei gestalten. Dadurch k{\"o}nnen alleine in Deutschland j{\"a}hrlich bis zu 7,8 Mt CO2-eq eingespart werden. Eine zuk{\"u}nftige Umstrukturierung der Ammoniakherstellung und der gesamten chemischen Industrie ist unabdingbar. Diese kann aber nur parallel mit einem Ausbau erneuerbarer Energien umgesetzt werden. Mit der Wasserelektrolyse und der Luftzerlegungseinheit sind die technischen M{\"o}glichkeiten f{\"u}r diesen Umbau bereits heute gegeben und brauchen nur noch eingesetzt werden.}, language = {de} }