Bei den mobilen Brennstoffzellenanwendung sind Brennstoffzellen-APUs (Auxiliary Power Units) für Nutzfahrzeuge (Nfz) im Hinblick auf eine zeitnahe Markteinführung besonders vielversprechend. Zur Verbesserung der Effizienz, Lebensdauer und Wirtschaftlichkeit solcher Systeme nehmen Membranverfahren eine Schlüsselfunktion ein. Die Entwicklung eines Membranreformers zur on-board Wasserstofferzeugung war übergeordnetes Ziel dieses Forschungsvorhabens. Die Vorteile des Membranreformers gegenüber konventionellen Reformern in Bezug auf Wasserstoffausbeute, Brennstoffumsatz und Wirkungsgrad wurden umfangreich dokumentiert. Ein Demonstrator einer Reformer-Brenner-Einheit für Biodiesel-Betrieb wurde realisiert und in Bezug auf optimale Betriebsbedingungen intensiv untersucht werden. Im Rahmen der Arbeiten wurde ein neues Membranreaktordesign unter Verwendung von Pd/V/Pd-Kompositflachmembranen zur Wasserstoffseparation entwickelt. Es wurde zur Auslegung des Shift-Membran-Reaktors die Simulationssoftware Aspen Plus und Fortran verwendet. Ausgehend von den Simulationen wurde der Membranreaktor mit der Software Pro/ENGINEER konstruiert und im Anschluss in der Werkstatt des Instituts für Verfahrenstechnik der RWTH Aachen gefertigt. Durch experimentelle Arbeiten wurde gezeigt, dass grundsätzlich zum Fügen der Pd/V/Pd- Membranen verschiedene Methoden anwendbar sind. Nach Vorversuchen zum Kleben, Löten und Schweißen lag das Hauptaugenmerk der Untersuchungen auf den beiden Verfahren Kleben mit Polyimid-Hochtemperaturklebstoffen und Laserstrahl-Mikroschweißen. Es ist gelungen ein geklebtes Membranmodul zu fertigen, das bei Raumtemperatur bei bis zu 5 bar transmembraner Druckdifferenz nahezu stickstoffundurchlässig war. Mit steigender Temperatur nahm die N2-Leckagerate jedoch zu. Unter H2-Atmosphäre öffnete sich die Klebstofffuge bereits bei H2-Partialdrücken im Feed von 1,1 bar. Durch Membranquellung auftretende Spannungen konnten durch den Klebstoff nicht aufgenommen werden. Erklären lässt sich dies anhand anhand von Klebstoffproben, die ein stark temperaturabhängiges Verhalten aufweisen. Ebenfalls beachtet werden muss, dass beim Aushärten von Polyimidklebstoffen Lösemittelrückstände die Membranen stark verunreinigen können. Der verwendete PI-32 Polyimidklebstoff war nach vollständiger Aushärtung bei den geforderten Betriebsbedingungen des Shift-Membran-Reaktors jedoch thermisch und chemisch beständig. Es wurde gezeigt, dass das Laserstrahl-Mikroschweißen der Metallmembranen das am vielversprechendste Fügeverfahren darstellt. Ein Membranversagen am äußeren Umfang des Membrankissens an der Schweißnaht wurde während der Versuche nicht beobachtet.


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    Titel :

    Entwicklung eines Biodieselreformers mit Metallmembran für den APU-Einsatz in Nutzfahrzeugen in Kombination mit einer PEM-Brennstoffzelle. Schlussbericht für den Zeitraum: 01.06.06 - 31.08.08


    Erschienen in:

    Erscheinungsdatum :

    2009


    Format / Umfang :

    91 Seiten, Bilder, Tabellen, 24 Quellen


    Medientyp :

    Report


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch