Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3127
Auf der Basis eines Vergleichs verschiedener Energieträger und Verfahren der Wasserstoffgewinnung
wird das System der Methanol-Dampfreformierung mit Bezug auf die wesentlichen
Kriterien Leistungsdichte und Gasqualität verfahrenstechnisch optimiert. Dadurch wird die
spezifische Wasserstoffproduktion auf 10 Nm3 H2 pro Stunde und Liter Katalysator bei 99.5%
Methanolumsatzgrad und 280°C Wandtemperatur des Reformers gesteigert.
Der beim Einsatz einer PEMFC mit reinem Platin als Katalysator einzuhaltende CO-Gehalt des
Brenngases von 10 ppm wird dabei jedoch um 3 Größenordnungen überschritten, so daß eine
separate Gasreinigung erforderlich ist. Hierzu werden verschiedene chemische und physikalische
Verfahren theoretisch und experimentell untersucht und diskutiert. Mittels porenfreier
Metallmembranen ist eine Wasserstoffabtrennung aus dem Reformergas mit einer Reinheit >
99.9999 Vol.-% unter Erfüllung der durch den Betrieb im Kraftfahrzeug vorgegebenen technischen
Kriterien möglich. Die durchgeführten Untersuchungen werden durch mathematische
Modellierungen des optimierten Methanolreformers und der Gastrennung durch Membranen
ergänzt.
Durch den Beitrag dieser Arbeit ist die Optimierung der Brenngaserzeugung aus Methanol so
weit fortgeschritten, daß das Gaserzeugungssystem mit der im Fahrzeug geforderten Leistung
gebaut und getestet werden kann. Baugröße und -gewicht liegen bereits heute in einer Größenordnung,
die den Einbau in Kraftfahrzeuge ohne Einschränkungen ermöglicht.
Based on a comparison of different energy carriers and hydrogen production processes, the
methanol steam-reforming system is optimized with respect to criteria such as power density
and fuel gas quality. The specific hydrogen production is thereby raised to 10 m3 (STP) per
hour and litre of catalyst at 99.5 % methanol conversion rate and 280°C reformer wall temperature.
Due to the fast, that the maximum CO concentration in the fuel gas, which is tolerable by the
PEMFC with platinum catalyst, is 10 ppm, a separate gas cleaning is necessary alter the steam
reforming process. Different gas treatment processes are discussed and investigated theoretically
as well as experimentally. Pore-free metal membranes allow the separation of ultra pure
(> 99.9999 vol.-%) hydrogen from the reformer gas while the technical criteria for the use in
passenger cars are fulfilled. The investigations are completed by mathematical models of the
optimized methanol reformer as well as the gas separation by membranes.
The results ofthis work concerning the optimization ofthe fuel processing from methanol have
made possible the building and testing of a fuel gas production unit on a passenger car scale.
Volume and weight of the total unit allow already today the installation in a vehicle without
any restrictions .
Colsman, Guido Andreas
Verfahrenstechnische Optimierung der Brenngaserzeugung für Brennstoffzellen in Kraftfahrzeugen
143 S., 1995
Der Einsatz von PEMFC (Brennstoffzellen mit Protonenaustauschmembran) in Kraftfahrzeugen
wird weltweit erforscht und in zahlreichen Prototypen demonstriert. Insbesondere auf dem
Gebiet der Erzeugung eines wasserstoffreichen Brenngases im Kraftfahrzeug besteht ein erheblicher
Entwicklungsbedarf.
There are advanced development programs and demonstration projects worlwide concerning
the use of Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) in passenger cars. The on-board
production ofa hydrogen-rich fuel gas in particular requires research and development.
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