Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Bei Verbrennungsmotoren mit Leistungen <25 kW besteht ein Bedarf f\u00fcr ein Katalysatorsystem, das auch im Kaltstartbetrieb die Schadstoffe, insbesondere CO umwandeln kann. Die Aktivit\u00e4t und Selektivit\u00e4t der konventionell eingesetzten Edelmetalle zur CO-Oxidation in Automobilen setzt jedoch erst bei Be-triebstemperaturen um die 200\u00b0C ein. Mit diesem Vorhaben sollte eine Katalysatorschicht in einem Mikroreaktor entwickelt werden, die die selektive CO-Oxidation schon bei Umgebungstemperatur mit gleicher Aktivit\u00e4t erm\u00f6glicht. Insbesondere Kleinmotoren von Zweir\u00e4dern, Arbeitsger\u00e4ten und Stromerzeugern werden zu einem erheblichen Teil ihrer Betriebszeit im Kaltstartmodus betrieben, was zu nicht unerheblichen Umweltbelastungen f\u00fchrt, gerade durch das entstehende Kohlenmonoxid. F\u00fcr die Brennstoffzellentechnik, insbesondere f\u00fcr die PEM Brennstoffzellen, ist eine selektive Oxidation (SELOX) des CO, das aus den Reformaten unterschiedlichster Brennstoffe stammt, ein wesentlicher Verfahrensschritt. Die M\u00f6glichkeit einer selektiven Oxidation im Kaltbereich ist hier ebenfalls von gr\u00f6\u00dftem Interesse, da das gereinigte Reformat sonst in einer nachgeschalteten Stufe nochmals abgek\u00fchlt werden mu\u00df und die unerw\u00fcnschte Selektivit\u00e4t bez\u00fcglich der Oxidation des Wasserstoffs bei herk\u00f6mmlichen Systemen zu hoch ist. Mit dem Einsatz von mikrostrukturierten Katalysatortr\u00e4gern werden die Grenzen konventioneller Technik durch die Intensivierung der Stoff\u00fcbergangsbedingungen \u00fcberschritten.\nZielsetzung des Vorhabens war es, drei mikrostrukturierte Demonstratoren, die mit Goldkatalysatoren auf der Basis von Washcoats beschichtet sind, zu realisieren und deren Funktionsf\u00e4higkeit unter praxis-nahen Bedingungen zu testen. Einer der Demonstratoren wird f\u00fcr die Reinigung der Abgase eines Verbrennungsmotors und zwei weitere f\u00fcr die Reinigung von Reformergasen konzipiert werden.\n\n\nDarstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenUm die Ziele des Vorhabens zu erreichen, werden im Rahmen des Projektes Gold-Katalysatoren entwi-ckelt und in Form von Washcoats in Mikrokan\u00e4len aufgebracht, um die Stofftransportwiderst\u00e4nde zu mi-nimieren, die bisher die Verwendung von Goldkatalysatoren verhindert hat. Damit kann also die tats\u00e4chli-che Aktivit\u00e4t des Katalysators erh\u00f6ht werden. Damit verbunden ist die Entwicklung und Fertigung entsprechender Reaktoren. Das Vorhaben untergliedert sich in die drei grundlegenden Arbeitspakete Katalysatorentwicklung (HIAT, IMM), Entwicklung und Fertigung der mikrostrukturierten Reaktoren (IMM) und Erprobung der Demonstratoren (HIAT, ICEMASTER, IMM). Die Bearbeitung erfolgt arbeitsteilig entsprechend den Kompetenzen der Kooperationspartner in enger Kooperation und h\u00e4ufiger zeitlicher Abstimmung der Arbeitschritte, ausgehend vom jeweils aktuellen Erkenntnisfortschritt. F\u00fcr die Fertigung der Reaktoren werden partiell Auftr\u00e4ge an Fremdfirmen vergeben.\nF\u00fcr die Katalysatorentwicklung werden Testreaktoren mikrotechnisch ausgelegt, konstruiert und gefertigt. Gegenstand der Katalysatorentwicklung sind die Ko-Prezipitation von Au-Katalysatoren auf verschiedenen Tr\u00e4geroxiden in Mikrostrukturen, die Entwicklung optimierter Katalysator-Slurry f\u00fcr die Washcoat-Herstellung und die Herstellung von Katalysator-Slurry f\u00fcr verschiedene Katalysatorchargen im Rahmen eines Optimierungsprozesses. Davon ausgehend werden die Bestimmung der CO-Kaltoxidationsrate in Abh\u00e4ngigkeit der Herstellungsbedingungen sowie Standzeituntersuchungen in den Testreaktoren vorge-nommen.\nDie zwei Testreaktoren f\u00fcr die Katalysatorentwicklung werden mit wechselbaren Katalysatortr\u00e4gern ausger\u00fcstet und sind zur Untersuchung von Temperaturabh\u00e4ngigkeiten beheizbar.\nEs werden zwei Demonstratortypen f\u00fcr die Abgasreinigung und Reformergasreinigung entwickelt und realisiert. Die Erprobung der CO-Kaltgasreinigung erfolgt an einem Verbrennungsmotor, die der CO-Feinreinigung mit synthetischem H2-Reformat einschlie\u00dflich von Stabilit\u00e4tsuntersuchungen.\nMit dem Vorhaben sollen wesentliche Grundlagen und Erkenntnisse f\u00fcr eine neue Generation von Katalysatorbeschichtungen in Kombination mit mikrostrukturierten Tr\u00e4gern und Reaktoren zur selektiven CO-Reduzierung gewonnen werden. Damit werden M\u00f6glichkeiten f\u00fcr zuk\u00fcnftige Untersuchungen und Ent-wicklungen auf dem Gebiet von Umweltentlastungen aufgezeigt. Des weiteren ist eine Verwertung der Ergebnisse vorgesehen.\n\n\nErgebnisse und Diskussion\n\nUrspr\u00fcnglich war die Abgasmessung am Verbrennungsmotor ausschlie\u00dflich mit einem kommerziellen Abgasuntersuchungsger\u00e4t vorgesehen. Zur besseren Bilanzierung des Abgases (Konzentration, Menge) des Testmotors wurden die Abgasdaten gaschromatographisch gemessen. Dazu war ein gesonderter Teststand aufzubauen, der gleichzeitig auch f\u00fcr den Test am Demonstrator nutzbar war. Die Messungen mit dem Abgasme\u00dfger\u00e4t wurden nur erg\u00e4nzend durchgef\u00fchrt. Um in der Startphase des Motors fl\u00fcssiges Wasser zeitweise zu binden wurde dem Demonstator f\u00fcr den Verbrennungsmotor eine adsorptiv (Zeolith) arbeitende Trocknereinheit in Form eines beschichteten Metllmonolithen vorgeschaltet. Als Testmotor wurde ein Benzinmotor mit 4 kW Leistung mit elektrischem Generator gew\u00e4hlt. Im Abgas traten CO-Konzentrationen von bis zu 5 % auf. Um die Katalysatoraktivit\u00e4t bei gegebener Oberfl\u00e4che zu gew\u00e4hrleisten, wurde der CO-Reiningungsreaktor f\u00fcr den Motor als Metallmonolith ausgef\u00fchrt. Im Versuchsbetrieb konnte ein CO-Umsatz um 30 % nachgewiesen werden.\n\n\n\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation\n\n-\t15th World Hydrogen Energy Conference, Yokohama, Japan, 27. Juni bis 2. Juli 2004: Posterpr\u00e4sentation und Beitrag im book of abstracts\n-\tXI Symposium Nutzung regenerativer Energiequellen und Wasserstofftechnik, 4.-6. November 2004, Stralsund: Vortrag, Posterpr\u00e4sentation und Beitrag f\u00fcr den Tagungsband. \nTitel des Vortrages: Reinigung von Reformat-Wasserstoff mittels Mikroreaktortechnik\nBeitrag im Tagungsband: Elgar Fokkens, Bernd Rohland, Gunther Kolb, Removal of CO from me-thanol reformate by micro-reactor technology, p. 37-39. \n-\t2nd France-Deutschland Fuel Cell Conference FDFC 2004, Belfort, Frankreich, 29. November bis 2. Dezember 2004: Posterpr\u00e4sentation, Beitrag im book of abstracts und Abgabe Full Paper zur Ver\u00f6f-fentlichung im Journal of Power Sources\n\n\nFazit\n\nDie Vorgehensweise bei der Katalysatorentwicklung, der Konstruktion und dem Aufbau eines Mikro-Testreaktors haben sich durch die gute Zusammenarbeit IMM\/HIAT bew\u00e4hrt und wurden bei der Herstel-lung der Demonstratoren und deren Labor- und Feldtests zusammen mit der Fa. ICEMASTER fortgesetzt.\n\nEs konnte gezeigt werden, da\u00df eine selektive CO-Kaltgasreinigung mit Goldkatalysatoren in mikrostrukturierten Reaktoren technisch machbar ist. Herstellungsverfahren f\u00fcr die Katalysatorschicht wurden ent-wickelt und erfolgreich getestet. Durch die Anwendung mikrostrukturierter Reaktoren konnte eine signifi-kante Aktivit\u00e4t und Selektivit\u00e4t der Katalysatoren erzielt werden.\n\nBei der Entwicklung des Gasreinigungsverfahrens f\u00fcr kleine Verbrennungsmotoren wurden erste grund-legende Erkenntnisse gewonnen. Weitergehende Untersuchungen waren aufgrund der nicht unerhebli-chen Aufwendungen f\u00fcr den Motorteststand im Rahmen dieses Projektes nicht m\u00f6glich.\n\nDie CO-Feingasreinigung von synthetischem H2-Reformat wurde erfolgreich demonstriert. \n\nDie Resultate des Projekts zeigen, dass der vorgesehene L\u00f6sungsweg richtig gew\u00e4hlt wurde. Weitere umwelttechnische Entwicklungen k\u00f6nnen auf den Ergebnissen aufbauen.\n<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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