Selektive katalytische Oxidation von Restammoniak zur Aufreinigung von grünem Wasserstoff aus der Ammoniakspaltung
Hintergrund
Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWK) weist in der nationalen Wasserstoffstrategie dem Wasserstoff eine „zentrale Rolle bei der Weiterentwicklung und Vollendung der Energiewende“ zu [1]. Neben der stofflichen Nutzung in chemischen Prozessen wird der Wasserstoff als Energiespeicher für erneuerbare Energiequellen gehandelt. Mittels Elektrolyse erzeugter Wasserstoff soll gespeichert, transportiert und im Wärme-, Strom- sowie Mobilitätsbereich eingesetzt werden. Für den großflächigen Einsatz von Wasserstoff müssen dessen Erzeugung und Transport sichergestellt sein. Lösungen für die effiziente Lagerung und den Transport über lange Strecken werden erforscht, stellen jedoch immer noch eine Herausforderung dar. Die dezentrale Erzeugung von Wasserstoff am Verwendungs- / Abnahmeort kann hier als Brückentechnologie helfen, um eine flächendeckende Versorgung voranzubringen und die Erdgassubstitution zu beschleunigen. Eine mögliche Technologie für die dezentrale Wasserstofferzeugung ist die Spaltung von Ammoniak vor Ort, da dieses in Transport und Lagerung handhabbar ist und in globalen Lieferketten bereits aus erneuerbaren Energien gewonnen und bereitgestellt werden kann.
[1] B. f. W. u. Klimaschutz, „Die Nationale Wasserstoffstrategie,“ BMWi, Berlin, 2020
Zielsetzung
Das Hauptziel des Projektes ist es, die selektive Oxidation als Möglichkeit zur Verringerung der nach der Spaltung verbleibenden Restkonzentration an Ammoniak im Spaltgas zu erforschen, um die technologische Lücke zwischen der Ammoniakspaltung und der Abscheidung von grünem Importwasserstoff zu schließen. Hierfür sollen geeignete Katalysatoren für die selektive Oxidation identifiziert und deren Einfluss auf die Reaktionskinetik in Versuchen im Laborreaktor ermittelt werden. Auf Basis dieser Erkenntnisse soll zusammen mit dem Projektpartner eine Anlage im Technikumsmaßstab bestehend aus Ammoniakspeicher, Spalter und nachgeschaltetem Oxidationsreaktor errichtet und in Betrieb genommen werden.
Technologien
Die vorgeschaltete Ammoniakspaltung soll mithilfe einer Spaltungsanlage der WS Reformer GmbH umgesetzt werden. Der hier zu entwickelnde SCO-Schritt soll in einem nachgeschalteten Reaktor im Technikumsmaßstab umgesetzt werden.
Messtechnik – Analytik
Gasanalyse (iwe)
Mit einem Mehrkanal-Gasanalysator der Eheim Messtechnik GmbH werden Gaszusammensetzungen inkl. Stickoxiden und Ammoniak an Versuchsanlagen und Prototypen gemessen, um den Ammoniakumsatz und die Selektivität gegenüber elementarem Stickstoff unter dem Einfluss von einstellbaren Prozessparametern wie Luftzahl und Prozesstemperatur zu erfassen.
BET/BHJ-Analyse (CVT)
Die Stickstoff-BET dient der Bestimmung der inneren Oberfläche poröser Medien. Mit Hilfe der BET/BJH-Methode ließen sich spezifische Oberflächen und Porenradienverteilungen der Katalysatoren bestimmen und für Berechnungen zur ihrer Adsorptionseigenschaften verwenden.
Partner
Auf Basis einer kooperativen Promotion erfolgt die Bearbeitung des Entwicklungsprojektes neben dem Industriepartner auch in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für chemische Verfahrenstechnik der Universität Bayreuth. Die Kooperation entstand über das Graduiertenkolleg der TechnologieAllianz Oberfranken, einem Zusammenschluss oberfränkischer Hochschulen zur Förderung des Technologietransfers und der Stärkung von Wissenschaft und Wirtschaft in der Region.
Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Tobias Plessing
Institutsleiter - Forschungsgruppenleiter „Innovative Energiesysteme und Wasserstofftechnologien""
