Dezentrale und Mobile Energietechnik

Renewable routes for energy and fuel production based on chemical synthesis routes
© Foto Fraunhofer ICT-IMM

Der Bereich Dezentrale und Mobile Energietechnik deckt die gesamte Technologiekette in den Bereichen Katalysatorentwicklung, Standzeittests, Prozesssimulation, Systemdesign und –steuerung, Entwicklung kostengünstiger Fertigungstechnologien, Reaktorkonstruktion, Systemintegration und –test ab. Mit etwa 20 Mitarbeitern ist es eine der größten Gruppen in Europa, die sich mit der Thematik Brennstoffaufbereitung beschäftigt.

Neben der Entwicklung einzelner Komponenten und kompletter Reformersysteme für konventionelle und regenerative Brennstoffe liegt das Geschäftsinteresse in den Bereichen Flüssigwasserstofftechnik, Abgasaufreinigung und Biotreibstoffsynthese. Dies ist von entscheidender Bedeutung sowohl für mobile als auch stationäre Anwendungen. Der Leistungsbereich der Systeme reicht von 100 W bis über 100 kW.

Know-how im Bereich der Reaktionstechnik und heterogenen Katalyse

Mikrostrukturierte Plattenwärmeübertragertechnik eröffnet neue Möglichkeiten der Prozessführung heterogen katalysierter Gasphasenreaktionen bei verbessertem Wärme-  und Stoffaustausch und kürzeren Verweilzeiten, was die erforderliche Katalysatormasse reduziert. Dank einer intelligenten Kopplung endothermer und exothermer Prozesse oder der Integration von Kühl- oder Heizfunktionen kann ein verbessertes Wärmemanagement erzielt werden. Von dieser integrierten Kopplung profitieren vor allem stark exotherme oder endotherme Reaktionen wie die Methanisierung von Kohlendioxid als künftiges Energiespeichermedium, die katalytische Verbrennung von Kohlenwasserstoffen oder anderen Schadstoffen zur Abgasreinigung ebenso wie die Reformierung regenerativer oder fossiler Einsatzstoffe zur Synthesegaserzeugung für die Gewinnung synthetischer Treibstoffe oder die Wasserstoffbereitstellung für Brennstoffzellen. Im letzteren Fall werden downstream  weitere Prozessschritte wie Wassergas-shift, präferentielle Oxidation und selektive Methanisierung von Kohlenmonoxid benötigt, um Wasserstoff im erforderlichen Reinheitsgrad zu erzeugen. Für alle oben genannten Reaktionen wurden am ICT-IMM bereits erfolgreich Reaktoren als Demonstratoren für praktische Applikatoren entwickelt.

Eine Reihe erfolgreich durchgeführter  Applikationsbeispiele demonstrieren die Machbarkeit der Technologie und ihre Vorteile. Die Reformierung logistischer und regenerativer Treibstoffe wie Erdgas, Flüssiggas, Diesel, Methanol, Ethanol und Polyalkohole gehört zur Kernkompetenz des Geschäftsbereiches.

Katalysatorentwicklung & Katalysatorbeschichtung

mikrostrukturiertes Blech mit Katalysator
© Foto Fraunhofer ICT-IMM

mikrostrukturiertes Blech mit Katalysator

Wir entwickeln Katalysatoren und katalytische Beschichtungen für Mikrostrukturen, die optimal an den Reaktortyp und die Skalierung Ihres Prozesses angepasst sind. Neben der Neuentwicklung von Katalysatoren gehört die Optimierung bestehender Katalysatorformulierungen im Hinblick auf Selektivität und Aktivität ebenso zu unserem Dienstleistungsangebot wie die Stabilisierung der Katalysatoren für den robusten Einsatz in der realen Prozessumgebung. Natürlich können Sie auch von unserem bereits vorhandenen Portfolio an langzeitstabilen Katalysatorformulierungen für verschiedene heterogen katalysierte Gasphasenreaktionen profitieren.

Die grundlegende Charakterisierung der Katalysatoren wie BET, TGA, SEM und TEM wird im Hause durchgeführt, weitergehende Charakterisierung erfolgt mit Partnern. Auf unseren neun Testständen bestimmen wir die Leistungsfähigkeit und Stabilität unserer Katalysatoren mit Hilfe modernster On-line Messtechnik (GC, µ-GC, MS, GC-MS, FTIR). Für diese Tests steht eine Reihe von Laborreaktoren zur Verfügung. Sollten sich die Anforderungen einer Anwendungsreaktion mit dem vorhandenen Equipment nicht abbilden lassen, entwickeln wir auch kundenspezifische  Screeningreaktoren für Niedertemperatur/Niederdruck, Hochtemperatur/Niederdruck und Hochtemperatur/Hochdruck.

Für Laboranwendungen und den Prototypenbau werden die Beschichtungen manuell durchgeführt, während größere Stückzahlen für die Pilotierungsphase und Nullserienfertigung durch ein selbst entwickeltes Siebdruckverfahren beschichtet werden, das die Wash-coats mikrometergenau in die Mikrokanäle einbringt. Mikrostrukturierte Platten, monolithische und andere Bauteile können im Auftrag mit eigenen, kommerziellen oder vom Kunden entwickelten Katalysatoren beschichtet werden.

Prüfstände

Reformerteststand
© Foto Fraunhofer ICT-IMM

Reformerteststand

Reformerteststand
© Foto Fraunhofer ICT-IMM

Reformerteststand

Pilotmaßstab

  • Reformerteststand für die Untersuchung von Reformern bis ca. 50 kW thermischer Leistung
  • Teststand für die Untersuchung von katalytischen Brennern und Gasreinigungsreaktoren bis ca. 30 kW thermischer Leistung
  • Teststand für die oxidative Kopplung von Methan
  • Teststand für elektrochemische Reaktionen

 

Katalysatorentwicklung

Prüfstände für die Untersuchung von Katalysatoren für folgende Reaktionen:

  • Verbrennung von Kohlenwasserstoffen
  • Wassergas-shift
  • Methanisierung
  • Alkoholzersetzung
  • Überkritische heterogen katalysierte Synthese von Biodiesel
  • Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen
  • Partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen
  • Thermokatalytische Zersetzung von Kohlenwasserstoffen
  • Gradientenfreier Kreislaufreaktor zur Bestimmung der Kinetik heterogen katalysierter Gasphasenreaktionen
  • Elektrochemische Reaktionen
  • Interne Methanolreformierung in einer Brennstoffzelle
  • Methanolsynthese
  • Fischer-Tropsch Synthese von Treibstoffen

 

Analytik

Prozess GC und Micro GC
© Foto Fraunhofer ICT-IMM

Prozess GC und Micro GC

Transmissionselektronenmikroskop (TEM)
© Foto Fraunhofer ICT-IMM

Transmissionselektronenmikroskop (TEM)

Online-Analysengeräte

  • 3 GC-MS
  • 4 Prozess GCs (bis C8, 100% Dampf)
  • 5 Mikro-GCs (bis C8, 10% Dampf)
  • Online Massenspektrometer
  • 2 FT-IR
  • Online IR-Sensoren


Katalysator-Charakterisierung

  • REM/EDX
  • TEM
  • Spezifische Oberfläche (N2-Adsorption)
  • Partikelgrößenanalyse mittels Laserbeugung und Lichtstreuung
  • Dynamisches Viskosimeter
  • HPLC, IC, AAS
  • TGA/TPO/TPR
  • Simulierte Destillation