DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH
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04229 Leipzig
Ziel des geplanten FuE-Projektes ist die Entwicklung eines innovativen aufeinander abgestimmten Reinigungssystems auf Basis von günstigen Eisenoxo-Spezies sowie natürlichen Zeolithen zur kombinierten Entfernung von flüchtigen Methylsiloxanen (engl. VMS, volatile methylsiloxanes) und H2S, wobei die H2S-Entfernung zur Schonung des Zeolithmaterials vorgeschalteten werden soll.
Der innovative Ansatz besteht in der Optimierung der eingesetzten Materialien sowie die Anpassung der Auslegungsparameter zur optimalen wirtschaftlichen Auslegung von realen Adsorptionsreaktoren. Durch die Kombination beider Materialien findet eine effektive Biogas- bzw. Klärgasreinigung statt und somit erfolgreiche Minderung von Schadgasen, welche zur Minimierung der Treibhausgasemissionen in BHKWs (Blockheizkraftwerken) führt. Hinzukommend wird durch die Substitution der bisher eingesetzten fossilen Aktivkohle zur Adsorption der Schadgase eine deutliche Verringerung des CO₂-Ausstoßes generiert. Weiterhin soll eine ökonomische und ökologische Regenerationsmöglichkeit für die Zeolithmaterialien entwickelt sowie die chemische Regeneration an die genutzten Eisenmassen angepasst werden.
Zur Erreichung der genannten Ziele wurden die jeweiligen Materialien auf ihre Fähigkeit zur getrennten H₂S- und D5-Adsorption systematisch ausgewertet und mittels Struktur-Aktivitäts-Korrelation Zusammenhänge zu Struktureigenschaften hergestellt. Anschließend wurden die Eigenschaften zur kombinierten Entfernung von H₂S und D5 untersucht sowie cyclische Versuche nach einer Regeneration durchgeführt.
Aus den gewonnenen Erkenntnissen konnten konkrete Handlungsempfehlungen zur Bewertung der Eignung von ausgewählten Adsorbentien zur kombinierten Entfernung von H₂S und D5 abgeleitet werden.
Insgesamt wurden 12 Materialien (Adsorbentien auf Eisenbasis, natürliche und synthetische Zeolithe) auf ihre Adsorbtionsfähigkeit in Bezug auf H₂S und D5 (Decamethylcyclopentasiloxan) getestet. Die Materialien auf Eisenbasis zeigten dabei deutlich bessere Adsorptionseigenschaften in Bezug auf beide Spurenstoffe. Dabei konnte festgestellt werden, dass die H₂S-Adsorption durch D5 im Prozessgas nicht behindert wird. Die D5-Adsorption weist unter Anwesenheit von H₂S im Gas geringere Kapazitäten auf. H₂S scheint somit D5 bei der Adsorption von den aktiven Zentren zu verdrängen. Dies kann mit möglicherweise an der Chemiesorption und der damit verbundenen chemischen Reaktion zusammenhängen, während D5 lediglich physisorbiert. Für die eisenhaltigen Materialien konnte festgestellt werden, dass sich die Siloxan- und H₂S-Adsorption mit steigender spezifischer Oberfläche und dem damit verbundenen hohen Anteil an kleinen Poren verbessert.
Im Rahmen des Projekts wurde die Regeneration der Materialien untersucht, wobei der Fokus, aufgrund der deutlich schlechteren Adsorptionsfähigkeit der Zeolithe auf den eisenhaltigen Materialien lag. Die Materialien konnten durch Beströmung von O₂ in N₂ regeneriert werden. Dabei sanken die Beladungskapazitäten im Vergleich zu den Ausgangsmaterialien.
Zum Projektstart wurden jeweils auf der DBI- bzw. HeGo-Website ein Projektsteckbrief/ Projektkennblatt veröffentlicht. Die Ergebnisse des Gesamtprojekts wurden im Januar 2025 auf einem Poster zu den Biogas-Infotagen in Ulm vorgestellt und werden im April 2025 in einer Postersession auf dem DVGW-Netzwerksymposium Energie präsentiert. Für die Mai 2025-Ausgabe der „gwf Gas+Energie“ ist eine weitere Veröffentlichung der Projektergebnisse angemeldet. Ferner werden die Projektergebnisse auf den Internetseiten der Projektbeteiligten veröffentlicht.
Weiterführende Informationen zum ForschungsprojektDie durchgeführten Versuche haben gezeigt, dass die kombinierte Entfernung von H₂S und D5 mittels eisenhaltiger Adsorbentien möglich ist. Die getesteten natürlichen Zeolithe zeigen nahezu keine Adsorptionsfähigkeit in Bezug auf H₂S und im Vergleich zu den eisenhaltigen Massen deutlich geringere Standzeiten bei der D5-Adsorption.
Eine Kombination der Materialien zur Entfernung der beiden betrachteten Spurenstoffe wird als nicht sinnhaft angesehen, da die eisenhaltigen Materialien für beide Schadstoffe deutlich bessere Adsorptionseigenschaften zeigen. Jedoch könnten unterschiedliche Eisenmaterialien hintereinander geschalten werden. Eine Regernation der Eisen-oxo-Spezies ist für beide Spurenstoffe möglich, jedoch nicht unbegrenzt durchführbar. Unklar ist der Umgang mit D5-beladenen Materialien und einer potenziell nötigen Deponierung. Dieses Hemmnis muss in Relation zu steigenden Preisen kommerziell verfügbarer fossiler Adsorbentien gesetzt werden, sodass lokal und zeitlich begrenzt die eisenhaltigen Materialien einen wirtschaftlichen Vorteil bieten können.
Aus wirtschaftlicher Sicht sind die Materialien auf Basis von Eisen-oxo-Spezies somit als interessant einzustufen. Weiterhin sind die umweltrelevanten Effekte, Schließung von Stoffkreisläufen und Ressourcenschonung bei der höherwertigen Nutzung durch zusätzliche, bisher nicht bekannte Adsorptionseigenschaften uneingeschränkt positiv zu bewerten.