Die Reaktionskinetik der Oxidation von Schwefelwasserstoff zu Schwefel mit Luftsauerstoff an Aktivkohle soll aufgeklaert werden. Weiterhin soll geprueft werden, ob sich andere Adsorbentien wie z.B. Kieselgel, Molekularsieb usw. als Katalysatoren eignen. Die katalytische Oxidation des Schwefelwasserstoffs wird bei verschiedenen Versuchsbedingungen - H2S-Konzentration, Feuchtigkeit der Luft, Temperatur, Verweilzeit, Beladungsgrad des Adsorbens usw.- untersucht, wobei die zeitliche Konzentrationsaenderung von Schwefelwasserstoff sowie von eventuell gebildetem Schwefeldioxid gaschromatographisch mit einem schwefelempfindlichen flammenphotometrischen Detektor gemessen wird. Die Oxidationsprodukte von H2S in einer Aktivkohlesuspension in Abhaengigkeit von den Reaktionsbedingungen werden untersucht.
Im Rahmen des Projektes wird ein chromatographisch-optischer Sensor entwickelt mit dem Fremdgase in Wasserstoff detektiert werden können. Ein solcher Sensor ist entscheidend für die Lebensdauer der Membran der Brennstoffzelle, da diese sehr anfällig auf verschiedene Fremdgase ist. Aus diesem Grund wurden extra die Grenzwerte der Zusammensetzung für H2 u.a. in der Norm DIN EN 17124 festgelegt. Die Erfüllung dieser Norm kann bisher nicht mit einem einfachen Sensor im inline Betrieb, sondern nur offline mit sehr kostenintensiven Laborgeräten überprüft werden.
Projektziel:
Entwicklung eines chromatographisch-optischen Wasserstoffsensors zur präventiven Qualitätssicherung des Energiesystems Brennstoffzelle.
Vorgehensweise:
Die Hochschule Reutlingen entwickelt zur initialen Aufkonzentration der Gaszusammensetzung Trennzellen, wie die bei der Gaschromatographie verwendet werden. Dies sind speziell definierte, mit Kieselgel gefüllte Rohre zur zeitlich selektiven Akkumulation der bekannten Schadstoffe. Im technologischen Teil des Teilprojektes der Fa. ROAD wird der bekannte OSA Sensor zum kombinierten Einsatz mit einer Trennzelle und für den Einsatz mit Gas entwickelt und ertüchtigt. Darüber hinaus wird die Steuerung des Sensorsystems, der flexiblen Anbindung an die Gasapplikation, vom Erzeuger bis zum Einsatz in Brennstoffzellensystemen, entwickelt und qualifiziert sowie die Fertigung vorbereitet.
Die Anteile der erlaubten Fremdgase sind zum Teil im ppm- und ppb-Bereich. Um diese kleinen Anteile optisch zu detektieren ist es nötig, den Sensor in zwei funktionelle Einheiten aufzuteilen. In der ersten Einheit wird das Gasgemisch anhand von Trennsäulen aufgetrennt bzw. zeitlich aufkonzentriert, im zweiten Schritt werden die aufgetrennten Anteile von einem optischen Sensor (OSA) über ihre individuellen Absorptionsbanden detektiert.
Verwertung:
Die Wasserstoff-Roadmap Baden-Württemberg beschreibt auf den Seiten 20/21 sehr gut die Notwendigkeit einer 'Nullfehlerstrategie' bei der Komponentenfertigung einer Brennstoffzelle, um die Nutzungsdauer von zwei bis drei Jahrzehnten zu erreichen. Wird diese jedoch mit verschmutztem Wasserstoff betrieben, zerstört dieser Umstand alle vorausgegangenen Bemühungen. Das zukünftige Sensorsystem soll die Brennstoffzelle schützen und damit alle Bemühungen der Herstellerkette vor Defekten durch verunreinigten Wasserstoff. Das Marktpotential für das Sensorsystem der Firma ROAD liegt alleine in Baden-Württemberg bei mehreren tausend Einheiten im Jahr.
Im Rahmen des Projektes wird ein chromatographisch-optischer Sensor entwickelt mit dem Fremdgase in Wasserstoff detektiert werden können. Ein solcher Sensor ist entscheidend für die Lebensdauer der Membran der Brennstoffzelle, da diese sehr anfällig auf verschiedene Fremdgase ist. Aus diesem Grund wurden extra die Grenzwerte der Zusammensetzung für H2 u.a. in der Norm DIN EN 17124 festgelegt. Die Erfüllung dieser Norm kann bisher nicht mit einem einfachen Sensor im inline Betrieb, sondern nur offline mit sehr kostenintensiven Laborgeräten überprüft werden.
Projektziel:
Entwicklung eines chromatographisch-optischen Wasserstoffsensors zur präventiven Qualitätssicherung des Energiesystems Brennstoffzelle.
Vorgehensweise:
Die Hochschule Reutlingen entwickelt zur initialen Aufkonzentration der Gaszusammensetzung Trennzellen, wie die bei der Gaschromatographie verwendet werden. Dies sind speziell definierte, mit Kieselgel gefüllte Rohre zur zeitlich selektiven Akkumulation der bekannten Schadstoffe. Im technologischen Teil des Teilprojektes der Fa. ROAD wird der bekannte OSA Sensor zum kombinierten Einsatz mit einer Trennzelle und für den Einsatz mit Gas entwickelt und ertüchtigt. Darüber hinaus wird die Steuerung des Sensorsystems, der flexiblen Anbindung an die Gasapplikation, vom Erzeuger bis zum Einsatz in Brennstoffzellensystemen, entwickelt und qualifiziert sowie die Fertigung vorbereitet.
Die Anteile der erlaubten Fremdgase sind zum Teil im ppm- und ppb-Bereich. Um diese kleinen Anteile optisch zu detektieren ist es nötig, den Sensor in zwei funktionelle Einheiten aufzuteilen. In der ersten Einheit wird das Gasgemisch anhand von Trennsäulen aufgetrennt bzw. zeitlich aufkonzentriert, im zweiten Schritt werden die aufgetrennten Anteile von einem optischen Sensor (OSA) über ihre individuellen Absorptionsbanden detektiert.
Verwertung:
Die Wasserstoff-Roadmap Baden-Württemberg beschreibt auf den Seiten 20/21 sehr gut die Notwendigkeit einer 'Nullfehlerstrategie' bei der Komponentenfertigung einer Brennstoffzelle, um die Nutzungsdauer von zwei bis drei Jahrzehnten zu erreichen. Wird diese jedoch mit verschmutztem Wasserstoff betrieben, zerstört dieser Umstand alle vorausgegangenen Bemühungen. Das zukünftige Sensorsystem soll die Brennstoffzelle schützen und damit alle Bemühungen der Herstellerkette vor Defekten durch verunreinigten Wasserstoff. Das Marktpotential für das Sensorsystem der Firma ROAD liegt alleine in Baden-Württemberg bei mehreren tausend Einheiten im Jahr.
Die Bereitstellung von Raum- und Prozesswärme sowie Warmwasser stellt den größten Anwendungsbereich beim Endenergieverbrauch dar. Durch den Einsatz von Wärmepumpen kann ein Teil dieses Energiebedarfs durch Umweltwärme oder Niedertemperaturabwärme substituiert werden. Einen vielversprechenden Ansatz stellen thermisch angetriebene Wärmepumpen und Kältemaschinen auf der Basis reversibler chemischer Reaktionen oder Sorptionsprozesse dar. Zur dauerhaften Gewährleistung eines guten Wärme- und Stofftransportes müssen die Arbeitsstoffe auf poröse Trägerstrukturen aufgebracht werden. Bisher werden dafür vor allem Silicagel und Zeolithe verwendet, die aufgrund geringer Wärmeleitfähigkeiten die erreichbare Leistungsdichte solcher Systeme limitieren. Im Forschungsvorhaben sollen daher neue Arbeitsstoffe für chemische Wärmepumpen auf Basis poröser Metallstrukturen untersucht werden, die eine Verbesserung der Eigenschaften versprechen. Das Teilprojekt beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Herstellungstechnologie zur Verbindung der untersuchten Metall-/Metallsalz-Verbünde mit dem Wärmeübertrager. Im Projekt werden verschiedene Verfahren (Weiten der Rohre, Löten) zur Anbindung der Metallstrukturen an Rohre mit und ohne Lamellenbleche untersucht und analysiert. Im Ergebnis sollen Aussagen zur thermischen Leistungsfähigkeit des gesamten Wärmeübertragers sowie zur thermischen und mechanischen Stabilität des Aufbaus getroffen werden. Aufbauend auf den Ergebnissen soll ein Versuchsmuster eines Adsorber-Wärmeübertragers für eine Wärmepumpe konstruiert und gefertigt werden. In experimentellen Untersuchungen wird die Funktionalität des Versuchsmusters mit verschiedenen Temperaturen getestet. Aus den Ergebnissen werden wichtige Kenngrößen wie die spezifische Leistungsdichte und erreichbare Werte für den COP abgeleitet.
Die Bereitstellung von Raum- und Prozesswärme sowie Warmwasser stellt den größten Anwendungsbereich beim Endenergieverbrauch dar. Durch den Einsatz von Wärmepumpen kann ein Teil dieses Energiebedarfs durch Umweltwärme oder Niedertemperaturabwärme substituiert werden. Einen vielversprechenden Ansatz stellen thermisch angetriebene Wärmepumpen und Kältemaschinen auf der Basis reversibler chemischer Reaktionen oder Sorptionsprozesse dar. Zur dauerhaften Gewährleistung eines guten Wärme- und Stofftransportes müssen die Arbeitsstoffe auf poröse Trägerstrukturen aufgebracht werden. Bisher werden dafür vor allem Silicagel und Zeolithe verwendet, die aufgrund geringer Wärmeleitfähigkeiten die erreichbare Leistungsdichte solcher Systeme limitieren. Im Forschungsvorhaben sollen daher neue Arbeitsstoffe für chemische Wärmepumpen auf Basis poröser Metallstrukturen untersucht werden, die eine Verbesserung der Eigenschaften versprechen. Dieses Teilprojekt beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung dieser Metall-Metallsalz-Verbünde. Salze ermöglichen mit Wasserdampf, Ammoniak oder Alkoholen die Nutzung verschiedener Gas-Feststoff-Reaktionen, die sich für Anwendungen in Wärmepumpen, Kältemaschinen oder thermochemischen Speichern im Niedertemperaturbereich eignen. Das Ziel ist die Erzeugung von reaktiven Salzschichten auf porösen metallischen Schaum- oder Faserstrukturen. Hierzu sollen unterschiedliche Synthesepfade und deren Einfluss auf die Eigenschaften und Haftung der Salzschichten untersucht werden. Die hergestellten Verbundmaterialien werden anschließend experimentell charakterisiert, um Aussagen zu den Wärmeleiteigenschaften, zur Kinetik der Reaktions- bzw. Adsorptionsvorgänge und zur erreichbaren Leistungs- und Speicherdichte zu treffen. Anhand der Ergebnisse sollen Optimierungsmöglichkeiten abgeleitet und ein Simulationsmodell zur Auslegung von Adsorber-Wärmeübertragern auf Basis der neuen Verbundmaterialien erstellt werden.