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 CHnOm + (1-m).H2O = CO + (1+n/2-m).H2

Für Methan (n=4, m=0)

CH4 + H2O = CO + 3.H2 Für Biomasse

CH1,44O0,66 + 0,34.H2O = CO + 1,06.H2

Reaktionsbedingungen: 800-900 °C Katalysator (Ni, Ca)

Herstellung von Wasserstoff Wassergas-Shift-Reaktion (WGS)

Für Biomasse CH1,44O0,66 + 0,34.H2O = CO + 1,06.H2

Wassergas-Shift-Reaktion (WGS)

CO + H2O = CO2 + H2

CH1,44O0,66 + 1,34.H2O = CO2 + 2,06.H2

WGS Reaktionsbedingungen: 350-450 °C Katalysator: FeMo

Vergasung, Gasbehandlung

Synthese, Produktaufarbeitung

Vergasungs- anlage

Grundidee der Biomassevergasung

Fuel Pretreatment Gasification

Gas Cleaning

Heat & Electricity

Production

Gas Upgrading Synthesis

Biogenous Residues

Energy Plants Synthetic Products

Heat & Electricity

Wood

Prozesskette von Biomasse zum Produkt

Clean Gases e.g. H2

Polygeneration

Gas Separation

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

Location Usage / Product

Fuel / Product MW, MW

Start up Supplier Status

Güssing, AT Gas engine 8.0fuel / 2.0el 2002 AE&E, Repotec Operational

Oberwart, AT

Gas engine / ORC 8.5fuel / 2.8el 2008 Ortner

Anlagenbau Operational

Villach, AT Gas engine 15fuel / 4.0el 2010 Ortner Anlagenbau Operational

Senden/UlmDE

Gas engine / ORC 15fuel / 5.0el 2012 SWU/

Repotec Operational

Göteborg, SE BioSNG 32fuel/20 BioSNG 2014 Metso Power /

Repotec Construction

Überblick über industrielle Anlagen

Inhalt des Vortrages

Grundlagen der Wasserstoffherstellung

Biomassevergasung (DFB-Vergasung)

Projekte zur Wasserstofferzeugung

Nutzung des Wasserstoffes in PEM Brennstoffzelle

Energieversorgung auf Basis Wasserstoff

Luftvergasung Dampfvergasung

Heizwert MJ/m3 4 - 6 12 - 14

H2 % 11- 16 35 - 40

CO % 13 - 18 25 - 30

CO2 % 12 - 16 20 - 25

CH4 % 3 - 6 9 -11

N2 % 45 - 60 <1

Zusammensetzung des Produktgases

Ideal: CH1,44O0,66 + 0,34.H2O = CO + 1,06.H2

Real: CH1,44O0,66 + 0,52.H2O = 0,2.CH4+ 0,4.CO2 + 0,4.CO + 0,84.H2

Produktgas der DFB Dampf-Vergasung

Volumenbasierte Zusammensetzung

Energiebasierte Zusammensetzung

Fuel Pretreatment Gasification

Gas Cleaning

Heat & Electricity Production

Biogenous Residues

Energy Plants

Heat & Electricity

Wood

Prozesskette zur Wasserstofferzeugung

Clean Gases e.g. H2

Gas Separation

Pilot Plant

Slip-Stream 1-6 m3/h

Pilot plant

CHP PlantOberwart

from RME scrubber (high temp.) to gas engine

Compressor1

Pressure swingadsorption

Membranegas permeation

Chiller

Heat exchanger

RME gasscrubber

Permeate

PG blower

Adsorber

PEM fuel cell

Gascleaning

H2

enrichmentCO

removal Fuel cellProducer

gasElectricity

RME scrubber(low temp.) Membrane

Compressor2

Adsorbers

Pump

Producer gas

Pilotanlage zur Herstellung von Bio-H2

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 BioH2

■ Verständnis des Verhaltens für praktische Anwedung

Performance der PEM Brennstoffzelle mit Bio-H2 (1)

Electrical efficiencies

Performance der PEM Brennstoffzelle mit Bio-H2 (2)

CHP Plant clean prod. gas

LT gas scrubbing

1-step PI membrane PSA PEMFC

H2 - Recovery

Electricity consumption

Specific BioH2 production gBioH2/kgHolz 13,5 47,9

LT gas scrubbing PSA PEMFC WG-shift CHP Plant

clean prod. gas

% Nm3BioH2/Nm3H2in PG 40 128

kWhel/Nm3BioH2 1,69 0,46

Vergleich ausgewählter Kenngrößen

Folie 24

Bisherige Betriebserfahrung

Process chain Process chain Scrubber+Membrane+PSA WGS+Scrubber+PSA

Operation time hours 789 223

BioH2 produced Nm3 330 60

BioH2 purity vol.% 99,95 99,97

PSA cycles - 7500 1230

PEM FC operation hours 130 30

Inhalt des Vortrages

Grundlagen der Wasserstoffherstellung

Biomassevergasung (DFB-Vergasung)

Projekte zur Wasserstofferzeugung

Nutzung des Wasserstoffes in PEM Brennstoffzelle

Energieversorgung auf Basis Wasserstoff

BioH2 BIOMASS-TO-HYDROGEN

Besten Dank für die Aufmerksamkeit !

Univ. Prof. Dr. Hermann Hofbauer Technische Universität Wien, Institut für Verfahrenstechnik

A-1060 Getreidemarkt 9/166