Experimentelle und analytische Untersuchungen zur Wasserstofferzeugung für Membran-Brennstoffzellen

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines Erdgasdampfreformers und zweier CO-Konvertierungsreaktoren zur Wasserstofferzeugung für ein stationäres Membran-Brennstoffzellensystem im kleinen Leistungsbereich von 7,5 Kilowatt elektrischer Leistung. Der Kompaktreformer integriert einen keramischen Strahlungsbrenner, einen Rohrwendelwärmeübertrager zur Wasserverdampfung und Eduktgasvorwärmung, sowie einen zweiteiligen Reformierreaktor, der zugleich durch Strahlung und Konvektion beheizt wird. Im Vergleich zu den konventionellen Katalysatorschüttungen wird durch den Einsatz von beschichteten Metallträgern bei den laminaren Strömungsbedingungen im Reformierreaktor ein geringerer Druckverlust und eine bessere radiale Wärmeleitfähigkeit erzielt. In experimentellen Untersuchungen der Wasserstofferzeugungsanlage wurde systematisch das Betriebsverhalten untersucht. Der höchste Wasserstoffstrom war 4,94 m³/h, er wurde bei dem niedrigen Druck von 1,6 bar und einem Kaltgas-Wirkungsgrad von 0,64 erzielt. Der Teillastbetrieb war aufgrund der Verlustwärmeströme des Reformers ineffizienter. Die verfahrenstechnische Analyse zeigt, dass durch die Nutzung des Brennstoffzellenabgases im Reformerbrenner und eine weitere wärmetechnische Integration des Reformatgasstroms noch deutliche Wirkungsgradsteigerungen möglich sind.