Derzeit vollzieht sich ein grundlegender Wandel in der Energieversorgung. Da der Energiebedarf stetig steigt, die fossilen Ressourcen schwinden und der globale Klimaschutz eine deutliche Reduktion der Treibhausgasemissionen erfordert, sieht sich die deutsche Stromwirtschaft vor einer Umstrukturierung der Energieversorgung. Um Versorgungssicherheit, günstige Preise und Klimaschutz auf einen Nenner zu bringen, muss der Energiemix der Zukunft mit effizienten Technologien und einem wachsenden Anteil erneuerbarer Energien sichergestellt werden.
Einen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung leistet die Biogastechnologie, welche immer mehr an Bedeutung gewinnt und noch ein enormes Potential birgt: Derzeit werden in Deutschland ca. 2. 700 Biogasanlagen betrieben; allein mit Abfällen aus der Landwirtschaft könnten über 200. 000 Anlagen realisiert werden.
Biogas wird bislang überwiegend in Verbrennungsmotoren verwertet, welche einen Generator zur Stromerzeugung antreiben. Neben dieser konventionellen Technologie gibt es weitere Nutzungsmöglichkeiten sowie innovative Methoden der Biogasverwertung. Eine davon ist die Implementierung einer Brennstoffzelle, die ihren Nutzen daraus bezieht, dass im Methanmolekül Wasserstoff enthalten ist, den die Brennstoffzelle als Kraftstoff benötigt.
Im vorliegenden Buch wird vorgestellt, welche Arten von Brennstoffzellen für den Betrieb mit Biogasen geeignet sind, und es wird untersucht, welche Wirkungs- und Emissionsgrade erzielt werden können.
Inhaltsverzeichnis
1;Inhaltsverzeichnis;8 2;1 Einleitung;12 2.1;1.1 Problemstellung;12 2.2;1.2 Zielsetzung;13 3;2 Darstellung der Biogastechnologie;16 3.1;2.1 Grundlagen;16 3.2;2.2 Biogasentstehung;17 3.3;2.3 Biogasqualität nach Vergärung;19 3.4;2.4 Störstoffe im Biogas;21 3.4.1;2.4.1 Schwefelwasserstoff;21 3.4.2;2.4.2 Wasserdampf;21 3.4.3;2.4.3 Ammoniak;22 3.4.4;2.4.4 Kohlenmonoxid und -dioxid;22 3.4.5;2.4.5 Carbonyl-Sulfid;22 3.4.6;2.4.6 Siloxane;23 3.4.7;2.4.7 Chlor und Fluor;23 3.4.8;2.4.8 Staubpartikel;24 3.5;2.5 Betriebsparameter der Beispielanlage;24 4;3 Nutzung der Brennstoffzelle in der Biogastechnik;26 4.1;3.1 Allgemeine Einführung und Funktion der Brennstoffzelle;26 4.2;3.2 Darstellung der MCFC-Technologie;28 4.2.1;3.2.1 Beschreibung der MCFC;28 4.2.2;3.2.2 Aufbau der Direktbrennstoffzelle;30 4.2.3;3.2.3 Funktionsweise der MCFC;31 4.3;3.3 Darstellung der SOFC-Technologie;33 4.3.1;3.3.1 Beschreibung der SOFC;33 4.3.2;3.3.2 Betrachtung verschiedener Zellenkonzepte;34 4.3.3;3.3.3 Funktionsweise der SOFC;36 4.4;3.4 Anforderungen der Brennstoffzelle an die Gasqualität;37 4.5;3.5 Vergleich der Brennstoffzelle zu konventionellen BHKWs;38 4.5.1;3.5.1 Investitionskosten;38 4.5.2;3.5.2 Wirkungsgrad;39 4.5.3;3.5.3 Lebensdauer;40 4.5.4;3.5.4 Emissionen;41 5;4 Methoden der Biogasaufbereitung;44 5.1;4.1 Trocknung;44 5.2;4.2 Feststoffabscheidung;47 5.3;4.3 Entschwefelung;48 5.3.1;4.3.1 Biologische Entschwefelung;48 5.3.2;4.3.2 Laugenwäsche;54 5.3.3;4.3.3 Sulfidfällung;56 5.3.4;4.3.4 Entschwefelung mit Eisenchelat;57 5.3.5;4.3.5 Adsorption an eisenhaltigen Massen;59 5.3.6;4.3.6 Schwefelwasserstoffentfernung mit Zinkoxid;63 5.3.7;4.3.7 Adsorption an Aktivkohle;64 5.4;4.4 Ammoniakentfernung;66 5.5;4.5 Siloxanentfernung;67 5.6;4.6 AOX-Entfernung;70 5.7;4.7 Biogasaufbereitung bei der Vergärungsanlage in Leonberg;71 6;5 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung;74 6.1;5.1 Bewertung der Aufbereitungstechniken;74 6.1.1;5.1.1 Bewertung der Trocknungsverfahren;74 6.1.2;5.1.2 Bewertung der Verfahren zur Festst
offabscheidung;75 6.1.3;5.1.3 Bewertung der Entschwefelungsverfahren;75 6.1.4;5.1.4 Bewertung der Verfahren zur Siloxanabscheidung;79 6.1.5;5.1.5 Bewertung der Verfahren zur Ammoniak- bzw. AOX-Entfernung;80 6.2;5.2 Auswahl eines geeigneten Verfahrens anhand der Beispielanlage;80 7;6 Diskussion;88 8;7 Zusammenfassung;94 9;8 Quellenverzeichnis;96 10;9 Sonstige Verzeichnisse;102 10.1;9.1 Abkürzungen;102 10.2;9.2 Abbildungen;105 10.3;9.3 Tabellen;106 10.4;9.4 Gleichungen;106 11;Der Autor;109 12;Reihe Nachhaltigkeit;111
