Brennstoffzellentauglicher Wasserstoff aus Biomasse mittels Dampfreformierung. Univ. Prof. Dr. Hermann Hofbauer

Transkript

1 Brennstoffzellentauglicher Wasserstoff aus Biomasse mittels Dampfreformierung Univ. Prof. Dr. Hermann Hofbauer

2 Inhalt des Vortrages Grundlagen der Wasserstoffherstellung Biomassevergasung (DFB-Vergasung) Projekt zur Wasserstofferzeugung Nutzung des Wasserstoffes in PEM Brennstoffzelle Energieversorgung auf Basis Wasserstoff

3 Herstellung von Wasserstoff Dampfreformierung Allgemein CH n O m + (1-m).H 2 O = CO + (1+n/2-m).H 2 Für Methan (n=4, m=0) Für Biomasse CH 4 + H 2 O = CO + 3.H 2 CH 1,44 O 0,66 + 0,34.H 2 O = CO + 1,06.H 2 Reaktionsbedingungen: C Katalysator (Ni, Ca)

4 Für Biomasse Herstellung von Wasserstoff Wassergas-Shift-Reaktion (WGS) CH 1,44 O 0,66 + 0,34.H 2 O = CO + 1,06.H 2 Wassergas-Shift-Reaktion (WGS) CO + H 2 O = CO 2 + H 2 CH 1,44 O 0,66 + 1,34.H 2 O = CO 2 + 2,06.H 2 WGS Reaktionsbedingungen: C Katalysator: FeMo

5 Grundidee der Biomassevergasung Vergasungsanlage Vergasung, Gasbehandlung Synthese, Produktaufarbeitung

6 Prozesskette von Biomasse zum Produkt Polygeneration Biogenous Residues Gas Separation Clean Gases e.g. H 2 Wood Fuel Pretreatment Gasification Gas Cleaning Heat & Electricity Production Heat & Electricity Energy Plants Gas Upgrading Synthesis Synthetic Products

7 Inhalt des Vortrages Grundlagen der Wasserstoffherstellung Biomassevergasung (DFB-Vergasung) Projekte zur Wasserstofferzeugung Nutzung des Wasserstoffes in PEM Brennstoffzelle Energieversorgung auf Basis Wasserstoff

8 Dual Fluidized Bed (DFB) Vergasung Oberwart

9 Dual Fluidized Bed Steam Gasification Plant Oberwart

10 Überblick über industrielle Anlagen Location Usage / Product Fuel / Product MW, MW Start up Supplier Status Güssing, AT Gas engine 8.0 fuel / 2.0 el 2002 AE&E, Repotec Operational Oberwart, AT Gas engine / ORC 8.5 fuel / 2.8 el 2008 Ortner Anlagenbau Operational Villach, AT Gas engine 15 fuel / 4.0 el 2010 Ortner Anlagenbau Operational Senden/Ulm DE Gas engine / ORC 15 fuel / 5.0 el 2012 SWU/ Repotec Operational Göteborg, SE BioSNG 32 fuel /20 BioSNG 2014 Metso Power / Repotec Construction

11 Inhalt des Vortrages Grundlagen der Wasserstoffherstellung Biomassevergasung (DFB-Vergasung) Projekte zur Wasserstofferzeugung Nutzung des Wasserstoffes in PEM Brennstoffzelle Energieversorgung auf Basis Wasserstoff

12 Zusammensetzung des Produktgases Luftvergasung Dampfvergasung Heizwert MJ/m H 2 % CO % CO 2 % CH 4 % N 2 % <1 Ideal: CH 1,44 O 0,66 + 0,34.H 2 O = CO + 1,06.H 2 Real: CH 1,44 O 0,66 + 0,52.H 2 O = 0,2.CH 4 + 0,4.CO 2 + 0,4.CO + 0,84.H 2

13 Produktgas der DFB Dampf-Vergasung Volumenbasierte Zusammensetzung Energiebasierte Zusammensetzung

14 Prozesskette zur Wasserstofferzeugung Pilot Plant Biogenous Residues Slip-Stream 1-6 m 3 /h Gas Separation Clean Gases e.g. H 2 Wood Fuel Pretreatment Gasification Gas Cleaning Heat & Electricity Production Heat & Electricity Energy Plants

15 Pilotanlage zur Herstellung von Bio-H 2 Producer gas Gas cleaning RME gas scrubber H 2 enrichment Membrane gas permeation CO removal Pressure swing adsorption Fuel cell Electricity Heat exchanger RME scrubber (low temp.) Compressor 1 Adsorber Membrane PEM fuel cell Permeate Adsorbers Producer gas Compressor 2 Chiller Pump Pilot plant from RME scrubber (high temp.) PG blower to gas engine CHP Plant Oberwart

16 Container mit Pilotanlage bei der KWK-Anlage in Oberwart

17 Blick in den Container Membrananlage PSA-Anlage PEM-Brennstoffzelle

18 Hauptgaskomponenten entlang der Prozesskette

19 Inhalt des Vortrages Grundlagen der Wasserstoffherstellung Biomassevergasung (DFB-Vergasung) Projekte zur Wasserstofferzeugung Nutzung des Wasserstoffes in PEM Brennstoffzelle Energieversorgung auf Basis Wasserstoff

20 Daten der PEM-Brennstoffzelle PEM Brennstoffzelle Mobixane Nennleistung: 2500W Minimale Leistung: 500W Evaluierung des Betriebes mit BioH 2 Verständnis des Verhaltens für praktische Anwedung

21 Performance der PEM Brennstoffzelle mit Bio-H 2 (1) Electrical efficiencies

22 Performance der PEM Brennstoffzelle mit Bio-H 2 (2)

23 Vergleich ausgewählter Kenngrößen CHP Plant clean prod. gas LT gas scrubbing 1-step PI membrane PSA PEMFC H 2 - Recovery % Nm 3 BioH 2 /Nm 3 H 2 in PG Electricity consumption kwh el /Nm 3 BioH 2 1,69 0,46 Specific BioH 2 production gbioh 2 /kgholz 13,5 47,9 CHP Plant clean prod. gas WG-shift LT gas scrubbing PSA PEMFC

24 Bisherige Betriebserfahrung Process chain Scrubber+Membrane+PSA Process chain WGS+Scrubber+PSA Operation time hours BioH 2 produced Nm BioH 2 purity vol.% 99,95 99,97 PSA cycles PEM FC operation hours Folie 24

25 Inhalt des Vortrages Grundlagen der Wasserstoffherstellung Biomassevergasung (DFB-Vergasung) Projekte zur Wasserstofferzeugung Nutzung des Wasserstoffes in PEM Brennstoffzelle Energieversorgung auf Basis Wasserstoff

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27 Besten Dank für die Aufmerksamkeit! BioH2 BIOMASS-TO-HYDROGEN Univ. Prof. Dr. Hermann Hofbauer Technische Universität Wien, Institut für Verfahrenstechnik A-1060 Getreidemarkt 9/166