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Einsatz von Biogas in PEM-Brennstoffzellen

  • In vorliegendem Forschungsbericht wird sowohl der internationale Stand der Forschung und Entwicklung zum Einsatz von Biogas in Brennstoffzellen dargestellt als auch die jüngsten im ATB gewonnen experimentellen Ergebnisse. Bislang wurden in Japan, USA, Deutschland und der Schweiz mehr als 10 Brennstoffzellensysteme im Leistungsbereich von 25 Wel bis 250 kWel mit Bio- oder Klärgas in Labor- und Pilotanlagen getestet. Dabei handelt es sich um Phosphorsäure-, Schmelzkarbonat-, Festoxid- und Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen (PAFC, MCFC, SOFC, PEMFC). Die Auswahl der Typen wurde insbesondere von den Kosten, aber auch von Wirkungsgrad, Lebensdauer und Toleranz gegenüber Brennstoffzellen schädigenden Gasen bestimmt. Die Arbeiten im ATB Potsdam-Bornim sind auf die Ermittlung von Schadgasen im Spurenbereich fokussiert sowie auf die Analyse und Optimierung von PEMFC-Systemen, einschließlich des Dampfreformers. In Biogas aus verschiedenen Praxisanlagen und Laborfermentern werden Schwefelwasserstoff (H2S), Carbonylsulfid (COS),In vorliegendem Forschungsbericht wird sowohl der internationale Stand der Forschung und Entwicklung zum Einsatz von Biogas in Brennstoffzellen dargestellt als auch die jüngsten im ATB gewonnen experimentellen Ergebnisse. Bislang wurden in Japan, USA, Deutschland und der Schweiz mehr als 10 Brennstoffzellensysteme im Leistungsbereich von 25 Wel bis 250 kWel mit Bio- oder Klärgas in Labor- und Pilotanlagen getestet. Dabei handelt es sich um Phosphorsäure-, Schmelzkarbonat-, Festoxid- und Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen (PAFC, MCFC, SOFC, PEMFC). Die Auswahl der Typen wurde insbesondere von den Kosten, aber auch von Wirkungsgrad, Lebensdauer und Toleranz gegenüber Brennstoffzellen schädigenden Gasen bestimmt. Die Arbeiten im ATB Potsdam-Bornim sind auf die Ermittlung von Schadgasen im Spurenbereich fokussiert sowie auf die Analyse und Optimierung von PEMFC-Systemen, einschließlich des Dampfreformers. In Biogas aus verschiedenen Praxisanlagen und Laborfermentern werden Schwefelwasserstoff (H2S), Carbonylsulfid (COS), Schwefelkohlenstoff (CS2), Dimethylsulfid (DMS), Ethylmerkaptan (EtSH) und Methylmerkaptan (MeSH) analysiert und teilweise in ihrem zeitlichen Verlauf dargestellt sowie erste Zusammenhänge zu Technologie, Prozessführung und Substrat hergestellt. In den Untersuchungen zur Reformierung wird der Einfluss des Methangehaltes (CH4), der Reformierungstemperatur, des Dampf-Methan-Verhältnisses (S/C) und der Reformerlast auf den Wasserstoff- und Kohlenmonoxidgehalt sowie auf die Wirkungsgrade ermittelt. Der Wasserstoffwirkungsgrad liegt im Bereich von 45 bis 55 % und die Methanumsatzrate zwischen 83 und 98 %, wobei ein enger Zusammenhang zur Kohlenmonoxidkonzentration im Reformat besteht. Mit einer 500 Wel-Laboranlage wird die Eignung des Biogasreformats für die Verstromung in PEM-Brennstoffzellen experimentell nachgewiesen.zeige mehrzeige weniger
  • This research study presents the state-of-the-art of use of biogas in fuel cells (FC) as well as the latest experimental results of the ATB. Up to now more than 10 fuel cell systems from 25 Wel to 250 kWel were tested with biogas or sewage gas in Japan, USA, Switzerland and Germany, namely the phosphoric acid FC (PAFC), the molten carbonate FC (MCFC), the solid oxide FC (SOFC) and the proton exchange membrane FC (PEMFC). Nevertheless it is still unclear which one is most suited for biogas. That depends not only on the costs, but also on efficiency, life span and tolerance related to harmful gas compounds, the so-called catalyst poisons. The investigations of the ATB Potsdam-Bornim are focused on measuring harmful trace gas compounds and on analyzing and optimizing a PEMFC system including the steam reformer. Biogas from various commercial plants and laboratory fermenters were analyzed. Hydrogen sulphide (H2S), carbonyl sulphide (COS), carbon disulphide (CS2), dimethyl sulphide (DMS), ethanethiol (EtSH) and methanethiol (MeSH) wereThis research study presents the state-of-the-art of use of biogas in fuel cells (FC) as well as the latest experimental results of the ATB. Up to now more than 10 fuel cell systems from 25 Wel to 250 kWel were tested with biogas or sewage gas in Japan, USA, Switzerland and Germany, namely the phosphoric acid FC (PAFC), the molten carbonate FC (MCFC), the solid oxide FC (SOFC) and the proton exchange membrane FC (PEMFC). Nevertheless it is still unclear which one is most suited for biogas. That depends not only on the costs, but also on efficiency, life span and tolerance related to harmful gas compounds, the so-called catalyst poisons. The investigations of the ATB Potsdam-Bornim are focused on measuring harmful trace gas compounds and on analyzing and optimizing a PEMFC system including the steam reformer. Biogas from various commercial plants and laboratory fermenters were analyzed. Hydrogen sulphide (H2S), carbonyl sulphide (COS), carbon disulphide (CS2), dimethyl sulphide (DMS), ethanethiol (EtSH) and methanethiol (MeSH) were detected and partly presented in the course of time. First correlations to technology, process control and substrate could be found. In the investigation of the reforming process the influence of methane (CH4), temperature, load and steam-methane-ratio (S/C) on the percentage of hydrogen and carbon monoxide in the reformate was measured. The hydrogen efficiency ranges between 45% and 55% and the methane conversion rate between 83% and 98%, however, there is a close connection to the concentration of harmful carbon monoxide. The suitability of the produced biogas reformate was experimentally proved in a 500 Wel-PEM fuel cell.zeige mehrzeige weniger

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Metadaten
URN:urn:nbn:de:kobv:186-opus-38292
ISSN:0947-7314
Schriftenreihe (Bandnummer):Bornimer Agrartechnische Berichte (71)
Sonstige beteiligte Person(en): Redaktion: Volkhard Scholz
Dokumentart:Einzelveröffentlichung / Monografie
Sprache:Deutsch
Erscheinungsjahr:2009
Urhebende Körperschaft:Leibniz- Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e. V. (ATB)
Sonstige Beteiligte Körperschaft:Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. v. (FNR) ; Bundesminist. f. Ernähr. Landw. u. Verbraucherschutz (BMVEL)
Datum der Freischaltung:23.02.2011
Freies Schlagwort / Tag:Biogas; Brennstoffzelle; PEM; Reformer; Spurengas
PEMFC; biogas; fuel cell; reformer; trace gas
Sonstige beteiligte Person:Bearbeiter: Volkhard Scholz ; Ralf Schmersahl ; Janine Ellner
Landkreise / Gemeinden:Potsdam / Potsdam, Stadt
DDC-Klassifikation:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 63 Landwirtschaft / 630 Landwirtschaft und verwandte Bereiche
Kollektionen :Institutionen / Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. (ATB) / Bornimer Agrartechnische Berichte
Lizenz (Deutsch):Es gilt das deutsche Urheberrecht.