Erzeugung von Wasserstoff mittels katalytischer Partialoxidation ...

Kapitel 1 – Einleitung
1.2 Fuel Processing mittels katalytischer
Partialoxidation
Die Bereitstellung von Wasserstoff und Synthesegas (H 2 , CO) aus verfügbaren Energieträgern
wie Benzin und Diesel durch katalytische Partialoxidation und Wasserdampfreformierung an
edelmetallbeschichteten Trägerkatalysatoren rückt gegenwärtig in den Fokus akademischer
und industrieller Forschung [1 ‐ 3]. Die genannten Reaktionen ermöglichen den Einsatz
effizienter Stromerzeuger wie Brennstoffzellen (H 2 für PEM‐FC, bzw. H 2 /CO für SOFC), in
denen fossile und erneuerbare Kraftstoffe nach deren Reformierung mit einem deutlich
höheren elektrischen Wirkungsgrad umgesetzt werden können als in herkömmlichen
Verbrennungskraftmaschinen [4 ‐ 6].
Durch die autotherme Betriebsweise eignet sich die katalytische Partialoxidation zur
Versorgung von Brennstoffzellen mittels kompakter Reformer in mobilen Anwendungen [7].
Im Kraftfahrzeugbereich erscheint insbesondere die Stromversorgung der Bordelektronik
konventioneller Fahrzeuge über so genannte APUs (auxiliary power unit – Hilfsaggregat)
besonders attraktiv [8]. Gegenwärtig erfolgt die Stromerzeugung auf Basis induktionsbasierter
Generatoren („Lichtmaschine“). Diese weisen, je nach Lastbereich, Wirkungsgrade von
lediglich 3 – 9 % auf [9]. Dadurch werden im Kraftfahrzeugbereich auf 100 km Fahrleistung
bis zu einem Liter Kraftstoff ausschließlich zur Versorgung der Fahrzeugelektronik
aufgewendet, wobei dieser Anteil in Nutzfahrzeugen, wie Kühlwagen und Langstreckentransportern,
deutlich höher ausfällt [10]. Eine separate Stromerzeugung durch APUs erweist
sich in Transportmitteln mit hohem elektrischem Energiebedarf als wirtschaftlich, wenn
Antriebe mit hohen Drehmomenten wie in Flugzeugen, Booten oder Schwerlastkraftwagen zur
Stromerzeugung herangezogen werden [4, 11, 12].
Neben der direkten Verwendung als elektrochemischer Brennstoff ermöglicht durch CPOX zur
Verfügung gestellter Wasserstoff, im Hinblick auf immer weiter sinkende Schadstoff‐
Grenzwerte, den Einsatz neuer Methoden der Abgasnachbehandlung in Kraftfahrzeugen. Zum
einen erlaubt der Zusatz der Reduktionsmittel H 2 und CO den Einsatz der selektiven
katalytischen Reduktion von Stickoxiden (H 2 ‐SCR) [13]. Diese ermöglicht die Entfernung von
Stickoxiden auch unter sauerstoffreichen Verbrennungsbedingungen, wie sie in Diesel‐ und
mager betriebenen Ottomotoren auftreten. Überschüssiges H 2 und CO ist in bereits
bestehenden Abgaskatalysatoren problemlos vollständig abbaubar. Ferner kann die direkte
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