Technische und ökonomische Analyse der Brennstoffzellennutzung in der Biogastechnik

Inhaltsverzeichnis

• Einleitung
• Problemstellung
• Zielsetzung
• Darstellung der Biogastechnologie
• Grundlagen
• Biogasentstehung
• Biogasqualität nach Vergärung
• Störstoffe im Biogas
• Schwefelwasserstoff
• Wasserdampf
• Ammoniak
• Kohlenmonoxid und -dioxid
• Carbonyl-Sulfid
• Siloxane
• Chlor und Fluor
• Staubpartikel
• Betriebsparameter der Beispielanlage
• Nutzung der Brennstoffzelle in der Biogastechnik
• Allgemeine Einführung und Funktion der Brennstoffzelle
• Darstellung der MCFC-Technologie
• Beschreibung der MCFC
• Aufbau der Direktbrennstoffzelle
• Funktionsweise der MCFC
• Darstellung der SOFC-Technologie
• Beschreibung der SOFC
• Betrachtung verschiedener Zellenkonzepte
• Funktionsweise der SOFC
• Anforderungen der Brennstoffzelle an die Gasqualität
• Vergleich der Brennstoffzelle zu konventionellen BHKWs
• Investitionskosten
• Wirkungsgrad
• Lebensdauer
• Emissionen
• Methoden der Biogasaufbereitung
• Trocknung
• Feststoffabscheidung
• Entschwefelung
• Biologische Entschwefelung
• Laugenwäsche
• Sulfidfällung
• Entschwefelung mit Eisenchelat
• Adsorption an eisenhaltigen Massen
• Schwefelwasserstoffentfernung mit Zinkoxid
• Adsorption an Aktivkohle
• Ammoniakentfernung
• Siloxanentfernung
• AOX-Entfernung
• Biogasaufbereitung bei der Vergärungsanlage in Leonberg
• Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
• Bewertung der Aufbereitungstechniken
• Bewertung der Trocknungsverfahren
• Bewertung der Verfahren zur Feststoffabscheidung
• Bewertung der Entschwefelungsverfahren
• Bewertung der Verfahren zur Siloxanabscheidung
• Bewertung der Verfahren zur Ammoniak- bzw. AOX-Entfernung
• Auswahl eines geeigneten Verfahrens anhand der Beispielanlage
• Diskussion
• Zusammenfassung

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Diese Diplomarbeit analysiert die technische und wirtschaftliche Machbarkeit der Brennstoffzellennutzung in der Biogastechnologie.

• Analyse der Biogastechnologie und ihrer Bedeutung für die nachhaltige Energieversorgung
• Detaillierte Betrachtung der Brennstoffzellentechnologie und ihrer Einsatzmöglichkeiten in der Biogasverwertung
• Bewertung der verschiedenen Verfahren zur Biogasaufbereitung, insbesondere im Hinblick auf die Anforderungen der Brennstoffzelle
• Wirtschaftliche Analyse der Brennstoffzellennutzung im Vergleich zu konventionellen BHKWs
• Entwicklung von Handlungsempfehlungen für die Implementierung der Brennstoffzellentechnologie in der Biogastechnik

Zusammenfassung der Kapitel

• Einleitung: Die Arbeit stellt die Problemstellung der steigenden Energiebedarfs und der Notwendigkeit der Reduktion von Treibhausgasemissionen dar. Sie führt die Biogastechnologie als einen wichtigen Bestandteil der nachhaltigen Energieversorgung ein und erläutert das Potenzial der Brennstoffzelle in der Biogasverwertung.
• Darstellung der Biogastechnologie: Dieses Kapitel beschreibt die Grundlagen der Biogasentstehung und die Qualität des entstehenden Biogases. Die verschiedenen Störstoffe im Biogas, wie Schwefelwasserstoff, Wasserdampf, Ammoniak und Kohlenmonoxid, werden im Detail erläutert. Zudem werden die Betriebsparameter einer exemplarischen Biogasanlage vorgestellt.
• Nutzung der Brennstoffzelle in der Biogastechnik: Dieses Kapitel behandelt die Funktionsweise der Brennstoffzelle und die Eigenschaften der MCFC- und SOFC-Technologie. Es werden die Anforderungen der Brennstoffzelle an die Gasqualität sowie ein Vergleich zu konventionellen BHKWs hinsichtlich Investitionskosten, Wirkungsgrad, Lebensdauer und Emissionen durchgeführt.
• Methoden der Biogasaufbereitung: Dieses Kapitel analysiert die verschiedenen Verfahren zur Biogasaufbereitung, einschließlich Trocknung, Feststoffabscheidung, Entschwefelung und Ammoniakentfernung. Es werden die jeweiligen Vor- und Nachteile der Verfahren diskutiert sowie die relevanten Parameter für die Auswahl eines geeigneten Verfahrens für die Brennstoffzellennutzung erläutert.
• Wirtschaftlichkeitsbetrachtung: Dieses Kapitel bewertet die Wirtschaftlichkeit der verschiedenen Verfahren zur Biogasaufbereitung im Hinblick auf ihre Kosten und Effizienz. Es werden die Ergebnisse der wirtschaftlichen Analyse zusammengefasst und ein geeignetes Verfahren für die Biogasaufbereitung für die Brennstoffzellennutzung ausgewählt.

Schlüsselwörter

Die Diplomarbeit befasst sich mit den Themen Biogastechnologie, Brennstoffzelle, MCFC, SOFC, Biogasaufbereitung, Entschwefelung, Wirtschaftlichkeit, Energieversorgung und Nachhaltigkeit.