Reformierung

Der Brenngaserzeuger eines am OWI in Entwicklung befindlichen mobilen Brennstoffzellensystems.

Der Brenngaserzeuger eines am OWI in Entwicklung befindlichen mobilen Brennstoffzellensystems. (Foto: OWI)

Brennstoffzellen erzeugen Strom mit Hilfe des Energieträgers Wasserstoff. Für die Bereitstellung und Bevorratung von Wasserstoff gibt es derzeit aber aus technischen und wirtschaftlichen Gründen noch keine flächendeckende Infrastruktur. Daher kann die Verwendung eines gasförmigen oder flüssigen Brenn- oder Kraftstoffes auf Basis von Kohlenwasserstoffen wie Erdgas, Heizöl oder Diesel sinnvoll sein. Aus kohlenwasserstoffhaltigen Brenn- oder Kraftstoffen entsteht durch unterschiedliche Verfahren der Reformierung ein Synthesegas, welches neben Wasserstoff auch Kohlenmonoxid enthält. Mit dessen Hilfe können Brennstoffzellen alternativ zum reinen Wasserstoff elektrischen Strom erzeugen. Die Erzeugung dieser Brenngase aus flüssigen regenerativen und fossilen Brenn- und Kraftstoffen, insbesondere Diesel und Benzin, ist einer der Schwerpunkte der Entwicklungstätigkeiten am OWI Oel-Waerme-Institut.

Einsatzgebiete für die Technologie sind zum Beispiel die

  • motorunabhängige und damit effizientere Bordstromerzeugung in Kraftfahrzeugen und
  • effiziente Stromerzeugung im stationären Bereich, etwa in Haushalten.

Reformierungsverfahren können aber auch zur Verbesserung des elektrischen Wirkungsgrades von motorbasierten KWK-Anlagen (Blockheizkraftwerken) eingesetzt werden.

Am OWI werden Reaktoren zur Herstellung von Brenngas für Brennstoffzellen für unterschiedliche Arten der Reformierung entwickelt. Sie basieren auf fossilen Brennstoffen, können aber auch anteilig oder vollständig mit biogenen Brennstoffen betrieben werden. Untersucht werden die Dampfreformierung (Wasser und Brennstoff), Autotherme Reformierung (Wasser, Luft und Brennstoff) und die Katalytische Partielle Oxidation (Luft und Brennstoff). Für die zumeist katalytisch ablaufenden Prozesse werden die Einsatzstoffe Luft, Wasserdampf und Brennstoff in einem vorgelagerten Schritt gemischt. Zur Gemischbildung bei den unter Luftbeimischung ablaufenden Reformierungsreaktionen (katalytische partielle Oxidation oder autotherme Reformierung) wird innerhalb der Reformierungsreaktoren das Verfahren der „Kalten Flammen“ als exotherme Vorreaktion eingesetzt.

Folgende Methoden werden am OWI zur Entwicklung von Reformerkomponenten angewandt:

  • Untersuchung der Mischung von Brennstoffen mit Luft und/ oder Wasserdampf,
  • Optional unter Einbeziehung der Kalte-Flammen-Reaktion
  • Simulationen zum chemischen Gleichgewicht
  • Simulationen zur Verteilung von Temperatur sowohl in der Gasphase als auch im Material des Reaktors und der Strömung im Reaktor
  • Simulationen thermischer bzw. durch Schwingungen bedingter mechanischer Bauteilbelastungen
  • Untersuchung und Benchmark von Katalysatormaterialien
  • Untersuchung von Reformer- Reaktoren in Einzelkomponententestständen mit Simulation von Brennstoffzellensystembedingungen durch synthetische Medienversorgung hinsichtlich
    – Optimierung der Prozessführung
    – Untersuchung und Analyse  von Betriebscharakteristik und Lebensdauer unterschiedlicher Komponenten und deren Interaktionen
    – Messung der im Synthesegas enthaltenen Bestandteile u.a. zur Bewertung des Prozesses der Reformierung