Metallschaumreformer mit Porenbrenner - Zentrum für ...

Dipl.-Ing. Andrew Berry, Dr.-Ing. Jürgen Roes,
Dr.-Ing. Andreas Zielonka
Metallschaumreformer
mit Porenbrenner
Workshop AIF-Brennstoffzellenallianz
Duisburg, 14.02.2008
Institut für Energieund
Umwelttechnik e.V.

IUTA e.V.
Institut für Energie- und
Umwelttechnik e.V.
Bliersheimer Str. 60
47229 Duisburg
Internet: www.iuta.de
Geschichte
1989 gegründet als Institut für
Umwelttechnologie und
Umweltanalytik e.V.
1991 An-Institut der Universität
Duisburg-Essen
1998 umbenannt in Institut für
Energie- und Umwelttechnik e.V.
Zahlen & Fakten (2006):
Mitarbeiter(innen) 146
Büro-/Laborfläche 2.400 m²
Technikumsfläche 4.000 m²
Umsatz ca. 6 Mio €
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Projekttitel und –zielstellung
Entwicklung,
Entwicklung,
Bau und Erprobung eines Reformers zur
dynamischen Brenngaserzeugung aus Erdgas für
Polymermembran-Brennstoffzellen
Polymermembran Brennstoffzellen (PEMFC) zum
Einsatz in der Hausenergieversorgung
Zielstellung:
Verbesserung des Betriebsverhaltens von Reformersystemen
zur Anpassung der Erdgasaufbereitung zu Wasserstoff an die
Leistungsanforderung von PEM-Brennstoffzellen, insbesondere
bei Anfahrvorgängen und bei Lastwechseln des Systems.
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Lösungsweg
Entwicklung neuer Katalysatorsysteme
unter Verwendung von
Substraten auf Metallschwammbasis,
die herausragende Wärmeübertragungs-
und Stofftransporteigenschaften
bieten.
2,3 mm
0,9 mm
0,4 mm
Implementierung eines innovativen,
kompakten Brennersystems
(Porenbrenner) mit Vorteilen hinsichtlich
der Wärmeeinkopplung
in den Reaktorraum und der Mitverbrennung
nieder-kalorischer
Abgase.
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Kenndaten des ersten Projektabschnitts des IGF-Vorhabens
Laufzeit: 1.11.2004 – 30.4.2007
Zielstellung: Nachweis der Funktionsfähigkeit der zentralen Komponenten
Metallschaumkatalysator und Porenbrenner sowie Herstellung und
Erprobung eines einfachen Demonstrationsmodells.
Projektpartner:
Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V., Duisburg
Universität Erlangen, Lehrstuhl für Strömungsmechanik
Universität Duisburg-Essen, Lehrstuhl Technik der
Energieversorgung und Energieanlagen
Forschungsinstitut Edelmetalle & Metallchemie,
Schwäbisch-Gmünd
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Projektergebnisse Metallschaumkatalysator
Poren/
inch
Material
Ni
NC
NCX
NCA
17..23
(⇒ca. 1500
m 2 /m 3 )
3,2 Gew.-% Ni
0,64 Gew.-% Ni
0,84 Gew.-% Ni
1,8 Gew.-% Ni
3,0 Gew.-% Ni
27..33
(⇒ca. 1500
m 2 /m 3 )
3,7 Gew.-% Ni
2,9 Gew.-% Ni
+ Ru

Projektergebnisse Metallschaumkatalysator
Produktgasbestandteile bei ϑ Reaktor = 700 °C, R ~ 5000 1/h
Umsatz
Lastwechselverhalten
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Projektergebnisse Porenbrenner
Nachweis
• der Eignung als Startbrenner für
Reformersysteme (mit Erdgas)
• der stabilen Betriebsführung mit
Anoden-Offgas
• einer hohen Modulationsfähigkeit
• geringer Schadstoffemissionen über
den gesamten Leistungsbereich
Verbrennungszone
Luftzuführung
Isolierung
Keramischer
Mischer
Lochblech mit
Prallplatte
Brenngaszuführung
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Kenndaten des IGF-Anschlussvorhabens
Laufzeit: 1.05.2008 – 30.4.2010
Zielstellung: Aufbau, Erprobung und Optimierung eines wärmeintegrierten,
Reformersystems im Leistungsbereich 2,5 kW th (1 kW el), el),
auf der
Grundlage der im Vorgängerprojekt entwickelten innovativen
Komponenten und Kopplung des Systems mit einer PEM- PEM
Brennstoffzelle
Projektpartner:
Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V., Duisburg
Zentrum für BrennstoffzellenTechnik gGmbH, Duisburg
Forschungsinstitut Edelmetalle & Metallchemie,
Schwäbisch-Gmünd
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Vorgesehene Arbeitsschritte
1. Optimierung des Reformer-Katalysators und des Reformer-Reaktors
• Erweiterung der Basis einsetzbarer Metallschäume
• Optimierung der Metallschaumkatalysatoren hinsichtlich der realisierbaren
Raumgeschwindigkeiten
• Bau eines für den neuen Katalysator optimierten Reformer-Reaktors
2. Entwicklung eines metallschaumbasierten Shift-Katalysators auf der Basis
eines elektrochemisch mit Cu, CuZn bzw. Zn beschichteten Metallschaums
3. Entwicklung einer einstufigen, kompakten Shift-Sufe mit passiver
Temperaturführung auf der Grundlage der neu entwickelten Katalysatoren
4. Ausbau des bisherigen, im Vorgängerprojekt aufgebauten
Demonstrationsmodells (Reformer-Brenner-Kombination) zu einem
wärmeintegrierten Reformersystem
5. Erweiterung der Testanlage um eine Membran-Brennstoffzelle
(Leistungsbereich 1 kW el ) sowie eine Gasfeinreinigungsstufe (SelOx) und
Erprobung des Reformers im gekoppelten Betrieb
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Danke für Ihre Aufmerksamkeit
Institut für Energie- und
Umwelttechnik e.V.
Bliersheimer Str. 60
47229 Duisburg
Internet: www.iuta.de
Andrew Berry
E-Mail: berry@iuta.de
Tel.: 02065/418-175
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