Wasserstofferzeugung durch partielle katalytische Dehydrierung ausgewählter Komponenten von Kerosin

Kurzfassung

Wasserstofferzeugung aus flüssigen Brennstoffen für die Versorgung von Brennstoffzellensystemen hat das Potenzial, sowohl in der stationären dezentralen Energieversorgung als auch im mobilen Bereich Anwendung zu finden. Im Flugzeug kann für die Bordstromversorgung mittels Brennstoffzelle on-board aus Kerosin erzeugter Wasserstoff eingesetzt werden. Damit wird ein wesentlicher Beitrag zur Reduzierung der Emissionen als auch der Lärmbeeinträchtigung durch Flugzeuge am Boden geleistet. Neben den bereits intensiv untersuchten Reformierungsverfahren zur Wasserstofferzeugung wird am DLR ein neuartiges Verfahrenskonzept aus Fraktionierung mittels Rektifikation und nachfolgender partieller katalytischer Dehydrierung (PDh) verfolgt. Durch eine Rektifikation werden signifikant schwefelreduzierte Kerosinfraktionen hergestellt. Mit der PDh kann im Anschluss bei einer Umwandlungstemperatur unterhalb 500°C reiner Wasserstoff erzeugt werden. Dadurch können aufwendige Aufbereitungsschritte zur Reinigung des Produktgases für den Einsatz in der Brennstoffzelle entfallen. Die Herausforderung bei der Dehydrierung des Flugtreibstoffs Jet A1 liegt in dessen komplexer chemischer Zusammensetzung. Die Wasserstoffausbeute ist von der Zusammensetzung der Kohlenwasserstoffgruppen abhängig. Da in dem vorgeschalteten Fraktionierungsschritt die Zusammensetzung des Kerosins verändert wird, ist es von besonderem Interesse, das Verhalten der Stoffgruppen in der PDh durch experimentelle Untersuchungen beurteilen zu können. Daher werden an einem PDh-Laborteststand geeignete Betriebsparameter und die erzielbare Wasserstoffausbeute aus schwefelreduzierten Fraktionen, einzelnen Stoffgruppen sowie reinem Kerosin untersucht. Basierend auf den experimentellen Ergebnissen erfolgt anschließend eine energetische Bewertung des Verfahrenskonzepts für die Bordstromversorgung anhand eines Prozessmodells in Aspen Plus. Im Rahmen des Vortrags werden ausgewählte experimentelle Ergebnisse zur partiellen katalytischen Dehydrierung sowie die energetische Bewertung der beiden Prozesskonzepte mittels Pinch- Methode vorgestellt.