View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

ENTSCHWEFELUNG VON MITTELDESTILLATEN FÜR DIE ANWENDUNG IN MOBILEN
BRENNSTOFFZELLEN-SYSTEMEN
von Jochen Latz
KURZFASSUNG
Der Einsatz von Brennstoffzellen für die Bordstromversorgung in Flugzeugen, Schiffen und
LKW bietet sich an, um die Energieeffizienz zu verbessern und den steigenden Bedarf an
elektrischer Energie zu decken. Um Brennstoffzellen mit den an Bord verfügbaren 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.
Während Dieselkraftstoffe für den Straßenverkehr in der EU raffinerieseitig entschwefelt
werden, darf Kerosin weltweit bis zu 3000 ppm und Bunkergasöl zum Betrieb von Binnenschiffen
in der EU bis zu 1000 ppm Schwefel enthalten. Folglich ist für den Einsatz von
Brennstoffzellen-APUs in Flugzeugen und Schiffen eine Entschwefelung an Bord erforderlich.
Da die in Raffinerien eingesetzte hydrierende Entschwefelung für die mobile Anwendung
nicht geeignet ist, war das Thema dieser Arbeit, einen alternativen Prozess zu entwickeln
und dessen technische Umsetzbarkeit nachzuweisen.
Dazu wurde eine Vielzahl in der Literatur diskutierter Verfahren im Hinblick auf ihre Anwendung
in Brennstoffzellen-APUs bewertet und vier potentiell geeignete Verfahren für Detailuntersuchungen
ausgewählt. In Laborversuchen wurde nachgewiesen, dass die Adsorption in
Kombination mit der destillativen Abtrennung oder der Pervaporation zur Entschwefelung
von Kerosin geeignet ist. Außerdem zeigte die hydrierende Entschwefelung mit Vorsättiger
überzeugende Ergebnisse im Labormaßstab.
Um die technische Anwendbarkeit in Brennstoffzellen-APUs zu prüfen, wurden die drei Entschwefelungsprozesse
im Hinblick auf den erforderlichen Energieaufwand, die Baugröße
sowie die Dauerhaltbarkeit bewertet, wobei die hydrierende Entschwefelung mit Vorsättiger
die besten Ergebnisse zeigte. Während die technische Anwendung des Prozesses aus Adsorption
und Pervaporation weitere Forschungsarbeiten erfordert, ist der Prozess aus Adsorption
und destillativer Abtrennung vor allem aufgrund des hohen Energiebedarfs nicht
wirtschaftlich.
Zuletzt wurde die technische Anwendbarkeit der hydrierenden Entschwefelung mit Vorsättiger
mit einer Pilotanlage für eine Brennstoffzellen-APU mit einer Leistung von 5 kWel auch
über den Labormaßstab hinaus demonstriert. Damit wurde das Ziel, einen geeigneten Prozess
für die Entschwefelung von Kerosin in Brennstoffzellen-APUs zu entwickeln, erreicht.
Für Bunkergasöl haben die Untersuchungen dagegen gezeigt, dass die Entschwefelung in
Brennstoffzellen-APUs auch mit den verfügbaren alternativen Ansätzen zur Entschwefelung
derzeit nicht möglich ist.
III