System- und Komponentenentwicklung für einen Brenngaserzeuger zur Dampfreformierung von Diesel in mobilen PEM-Brennstoffzellensystemen

Brennstoffzellensysteme eignen sich wegen ihrer hohen Energieeffizienz in niedrigen Leistungsklassen besonders als Auxiliary Power Unit (APU) zur mobilen Bordstromversorgung. In dieser Arbeit werden Untersuchungen zur Entwicklung eines modularen PEM-Brennstoffzellensystems auf Basis von Diesel für den Einsatz als APU vorgestellt. Es wird ein Brenngaserzeuger für die Dampfreformierung von Diesel weiterentwickelt. In einer numerischen Analyse werden mit Hilfe von 0D-Simulationen die Einflüsse von Betriebsparametern auf Wirkungsgrade und die Wasserbilanz analysiert. Zudem werden verschiedene Optionen zur Integration eines Restgasbrenners numerisch untersucht. Mit dem Ziel der System- und Prozessoptimierung wird ein multifunktionaler Gemischbildner in das System integriert, der die Systemkomplexität reduziert. Der Gemischbildner wird in den Betriebsmodi als Startbrenner und Kalte-Flamme-Verdampfer experimentell charakterisiert. Unter Nutzung dieser Funktionen wird die Startstrategie des Brenngaserzeugers optimiert, indem die katalytischen Reaktoren des Brenngaserzeugers reaktiv und simultan aufgeheizt werden. Dadurch wird die Startzeit deutlich reduziert. Als Dampfreformer wird ein katalytisch beschichteter Wärmeübertrager mit Mikrokanälen eingesetzt. Dieser wird für die Anwendung in einer APU optimiert. Es werden fünf Edelmetallkatalysatoren zur Dampfreformierung von Diesel an skalierten Reformern charakterisiert und bewertet. Mit einem hochaktiven Katalysator werden Untersuchungen zur Dauerstabilität des Reformierungsbetriebs mit logistischem Diesel durchgeführt. Eine geometrische Optimierung des Reformers wird in Form einer größeren Mikrokanalhöhe untersucht und erweist sich als vorteilhaft.