Brennstoffzellentauglicher Wasserstoff aus Biomasse mittels Dampfreformierung Univ. Prof. Dr. Hermann Hofbauer
Inhalt des Vortrages Grundlagen der Wasserstoffherstellung Biomassevergasung (DFB-Vergasung) Projekt zur Wasserstofferzeugung Nutzung des Wasserstoffes in PEM Brennstoffzelle Energieversorgung auf Basis Wasserstoff
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: 800-900 C Katalysator (Ni, Ca)
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: 350-450 C Katalysator: FeMo
Grundidee der Biomassevergasung Vergasungsanlage Vergasung, Gasbehandlung Synthese, Produktaufarbeitung
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
Inhalt des Vortrages Grundlagen der Wasserstoffherstellung Biomassevergasung (DFB-Vergasung) Projekte zur Wasserstofferzeugung Nutzung des Wasserstoffes in PEM Brennstoffzelle Energieversorgung auf Basis Wasserstoff
Dual Fluidized Bed (DFB) Vergasung Oberwart
Dual Fluidized Bed Steam Gasification Plant Oberwart
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
Inhalt des Vortrages Grundlagen der Wasserstoffherstellung Biomassevergasung (DFB-Vergasung) Projekte zur Wasserstofferzeugung Nutzung des Wasserstoffes in PEM Brennstoffzelle Energieversorgung auf Basis Wasserstoff
Zusammensetzung des Produktgases Luftvergasung Dampfvergasung Heizwert MJ/m 3 4-6 12-14 H 2 % 11-16 35-40 CO % 13-18 25-30 CO 2 % 12-16 20-25 CH 4 % 3-6 9-11 N 2 % 45-60 <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
Produktgas der DFB Dampf-Vergasung Volumenbasierte Zusammensetzung Energiebasierte Zusammensetzung
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
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
Container mit Pilotanlage bei der KWK-Anlage in Oberwart
Blick in den Container Membrananlage PSA-Anlage PEM-Brennstoffzelle
Hauptgaskomponenten entlang der Prozesskette
Inhalt des Vortrages Grundlagen der Wasserstoffherstellung Biomassevergasung (DFB-Vergasung) Projekte zur Wasserstofferzeugung Nutzung des Wasserstoffes in PEM Brennstoffzelle Energieversorgung auf Basis Wasserstoff
Daten der PEM-Brennstoffzelle PEM Brennstoffzelle Mobixane Nennleistung: 2500W Minimale Leistung: 500W Evaluierung des Betriebes mit BioH 2 Verständnis des Verhaltens für praktische Anwedung
Performance der PEM Brennstoffzelle mit Bio-H 2 (1) Electrical efficiencies
Performance der PEM Brennstoffzelle mit Bio-H 2 (2)
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 40 128 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
Bisherige Betriebserfahrung Process chain Scrubber+Membrane+PSA Process chain WGS+Scrubber+PSA Operation time hours 789 223 BioH 2 produced Nm 3 330 60 BioH 2 purity vol.% 99,95 99,97 PSA cycles - 7500 1230 PEM FC operation hours 130 30 Folie 24
Inhalt des Vortrages Grundlagen der Wasserstoffherstellung Biomassevergasung (DFB-Vergasung) Projekte zur Wasserstofferzeugung Nutzung des Wasserstoffes in PEM Brennstoffzelle Energieversorgung auf Basis Wasserstoff
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