Untersuchungen zum Einfluss von Schwefelverbindungen auf Wirkungsgrad und Degradation biogasbetriebener PEM-Brennstoffzellensysteme ; Investigation of the effect of sulphur compounds on performance and degradation of biogas fuelled PEMFC systems

Durch die Nutzung von Biogas können erhebliche Mengen an Treibhausgasemissionen vermieden werden. Zudem handelt es sich dabei um einen der wirtschaftlichsten Bioenergieträger, der im Gegensatz zur Solar- und Windenergie dazu geeignet ist, den Grundlastbereich abzudecken. Die Gaseigenschaften ähneln denen von Erdgas, so dass sich eine energetische Verwertung in Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) anbietet. Brennstoffzellen stellen wegen ihrer hohen Wirkungsgrade sowie geringer Lärm- und Schadgasemissionen eine vielversprechende Alternative zur konventionellen Nutzung gasförmiger Kohlenwasserstoffe in Blockheizkraftwerken (BHKW) dar. Biogas weist neben den Hauptkomponenten Methan und Kohlendioxid auch eine erhebliche Anzahl von Spurengasen auf. Dazu zählen flüchtige organische Verbindungen (VOC), stickstoffhaltige Verbindungen und flüchtige Schwefelverbindungen (VSC). Die genaue Gaszusammensetzung des Biogases und die Wirkung bestimmter Spurengase auf einzelne Zellkomponenten und die Leistungsfähigkeit von PEM-Brennstoffzellen sind noch unklar. In den bisherigen Forschungsarbeiten lag der Schwerpunkt auf der Wirkung von Schwefelwasserstoff (H2S), der als starkes Katalysatorgift identifiziert werden konnte. Über die Wirkung anderer flüchtiger Schwefelverbindungen sind nur wenig Informationen verfügbar. Das wissenschaftliche Ziel der Arbeit liegt in der Identifikation schädigender Spurengase im Biogas und die Ermittlung ihres Einflusses auf Wirkungsgrad und Degradation biogasbetriebener PEMFC. Weiterhin sollen eine Messmethode für die Degradationsanalyse entwickelt und Toleranzgrenzen für PEMFC bestimmt werden. Im ersten Teil der Arbeit wurde eine Methode zur Identifikation und Quantifizierung von Schwefelverbindungen im Biogas entwickelt. Die Analyse von sechs ausgewählten Schwefelverbindungen erfolgte mit einem GC-MS-System. Dazu wurden Biogasproben aus Laborreaktoren und Praxisanlagen entnommen. Die Bildung volatiler Schwefelverbindungen hängt von der Zusammensetzung des zugeführten Substrates, der ...