View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

7 Zusammenfassung und Ausblick
In LKW und Schiffen wird derzeit ein vom Antriebsaggregat getriebener Generator zur
Stromerzeugung eingesetzt. Insbesondere in Stillstandszeiten führt dies zu sehr geringen
Wirkungsgraden und hohem Schadstoffausstoß. Flugzeuge nutzen Bordstromaggregate
(APUs - Auxiliary Power Units) auf Gasturbinenbasis, die lediglich einen Wirkungsgrad von
etwa 15 % erzielen. Um den durch zunehmende Elektrifizierung von Nebenaggregaten
steigenden Energiebedarf zu decken und die Energieeffizienz zu verbessern, bietet sich der
Einsatz von Brennstoffzellen für die Bordstromversorgung an. Dies führt zu elektrischen
Wirkungsgraden von bis zu 40 % und zu einer Verringerung des lokalen
Schadstoffausstoßes. Voraussetzung für den Einsatz von Brennstoffzellen-APUs in diesen
Anwendungen ist, dass diese mit den an Bord verwendeten Mitteldestillat-Kraftstoffen
betrieben werden können.
Um Brennstoffzellen mit Mitteldestillaten zu betreiben, wird der Kraftstoff mit dem Prozess
der katalytischen Reformierung in ein wasserstoffreiches Gas umgewandelt. Da die
Katalysatoren sowohl im Reformer als auch in der Brennstoffzelle durch die im Kraftstoff
enthaltenen Schwefelverbindungen deaktiviert werden, ist eine Entschwefelung des
Kraftstoffs notwendig. Um eine Schädigung des Reformers zu vermeiden, darf der
Schwefelgehalt im Kraftstoff nicht mehr als 10 ppm betragen. Wird eine Hochtemperatur-
Polymerelektrolytbrennstoffzelle mit Polybenzimidazol-Membranen eingesetzt, ist eine
weitere Entschwefelung des Reformatgases nicht erforderlich. Thema dieser Arbeit ist es,
einen geeigneten Prozess zur Entschwefelung von Mitteldestillaten in Brennstoffzellen-APUs
zu entwickeln. Da der am Institut für Energieforschung – Brennstoffzellen im
Forschungszentrum Jülich entwickelte Reformer für die Zufuhr von flüssigem Kraftstoff
ausgelegt ist, betrachtet diese Arbeit schwerpunktmäßig Verfahren zur Entschwefelung in
der Flüssigphase.
In Kapitel 2 sind dazu die Grundlagen zur Entschwefelung von Mitteldestillaten
zusammengestellt. Zunächst werden die zum Betrieb von Brennstoffzellen-APUs
eingesetzten Kraftstoffe charakterisiert und die für die Entschwefelung relevanten Kraftstoffe
ausgewählt. Anschließend werden die industriell eingesetzten Entschwefelungsverfahren
daraufhin untersucht, ob sie den Anforderungen zum Einsatz in Brennstoffzellen-APUs
genügen. Mitteldestillate werden bei der Rohöldestillation als Fraktion mit einem
Siedebereich zwischen 152°C und 370°C gewonnen. Die Fraktionen werden anschließend
zu den folgenden Verkaufsprodukten weiterverarbeitet:
Flugturbinenkraftstoffe, die einen typischen Siedebereich zwischen 140°C und 250°C haben.
Das in der kommerziellen Luftfahrt eingesetzte Jet A-1 kann gemäß Norm bis zu
3000 ppm Schwefel enthalten. Der durchschnittliche Schwefelgehalt beträgt in der EU jedoch
nur 500 ppm, bzw. 710 ppm in den USA. Der Schwefel liegt hauptsächlich in Form
von Benzothiophenen und mehrfach alkylierten Thiophenen im Kraftstoff vor.
Dieselkraftstoffe für Kraftfahrzeuge, die durch einen höheren Siedebereich zwischen
175°C und 370°C gekennzeichnet sind. Ab dem 1.1.2009 darf der Schwefelgehalt in diesen
Kraftstoffen nicht mehr als 10 ppm betragen, so dass diese Kraftstoffe ohne weitere
Entschwefelung zum Betrieb von Brennstoffzellen-APUs eingesetzt werden können.
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