Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Siloxane sind siliziumhaltige Molek\u00fcle, die mit dem biogenen Gas in den Gasmotor gelangen und dort bei der Verbrennung zu festen Ablagerungen oxidieren k\u00f6nnen. Diese Ablagerungen f\u00fchren in der Regel zu einer kostenintensiveren Wartung der Aggregate und h\u00e4ufigeren \u00d6lwechsel.
\nDieses Projekt untersucht experimentell die M\u00f6glichkeit, Siloxane aus Deponie- und Kl\u00e4rgas mittels Membrantechnik zu entfernen. Hierbei muss sich die Membrantechnik mit dem Stand der Technik, der Adsorption an Aktivkohle, messen. Hauptnachteil dieser Methode ist die Tatsache, dass das Adsorbens typischerweise nicht immer regeneriert werden kann. Dabei entstehen zus\u00e4tzliche Austauschkosten und Entsorgungsprobleme, die potenziell mit Membrantechnik vermieden werden k\u00f6nnen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAls Membranmaterial kommen nur gummiartige Polymere zum Einsatz, da i.d.R. nur diese Siloxane selektiv aus dem Deponiegasstrom entfernen k\u00f6nnen. Kommerziell erh\u00e4ltliche gummiartige Membranen beschr\u00e4nken sich im Wesentlichen auf Silikongummi (PDMS) und dessen Abwandlung POMS. Weitere gummiartige Materialien gibt es zwar markterh\u00e4ltlich, jedoch soweit bekannt nicht als Membran.
\nDie Arbeitsschritte des Vorhabens:
\n1.\t14 verschiedene kommerzielle Elastomere werden im Labor zu Filmen (200 \u00b5m) umgeformt
\n2.\tDie Siloxandampfdurchl\u00e4ssigkeit dieser Filme wird bestimmt.
\n3.\tDie Methan-, Kohlendioxid-, Sauerstoff- und Stickstoffpermeanz der Filme wird gemessen
\n4.\tEine Siloxananalytik wird entwickelt, Gaschromatografie-Massenspektrometrie (GC-MS)
\n5.\tDie permeabelsten Elastomere werden ausgew\u00e4hlt, um einen por\u00f6sen Tr\u00e4ger zu beschichten. Die so hergestellten Membranen werden daraufhin \u00fcber einen l\u00e4ngeren Zeitraum auf Best\u00e4ndigkeit gegen\u00fcber Deponiegas untersucht
\n6.\tEin geeignetes, kommerziell erh\u00e4ltliches Modul wird im Labor mit einem synthetischen Deponiegasgemisch beaufschlagt, welches typische Siloxane in typischen Konzentrationen beinhaltet. Siloxanpermeabilit\u00e4ten werden experimentell bestimmt
\n7.\tEin gr\u00f6\u00dferes Membranmodul wird auf der Deponie Vereinigte Ville in Erftstadt \u00fcber einen mehrw\u00f6chigen Zeitraum mit realem Deponiegas beaufschlagt<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Ergebnisse haben gezeigt, dass es Membranmaterialien gibt, die f\u00fcr die Siloxanabtrennung geeignet sind. Sie haben sich \u00fcber einen mehrmonatigen Zeitraum chemisch stabil gezeigt und besitzen eine hohe Permeabilit\u00e4t f\u00fcr die Siloxane, die typischerweise in Deponie- und Kl\u00e4rgas vorkommen: L2, L3, L4, D3, D4 und D5. Eine weitere zentrale Anforderung ist geringer Methanverlust \u00fcber die Membran. Bei PDMS wird diese Anforderung nur bedingt erf\u00fcllt. Soll der Siliziumanteil des Deponiegases z. B. um 80 bis 90% gesenkt werden, ist mit einem Methanverlust \u00fcber die PDMS-Membran von ca. 6-7% zu rechnen. Der Methanverlust wird jedoch akzeptabel, wenn die Siliziumkonzentration weniger stark gesenkt werden soll, z. B. f\u00fcr ein Deponiegas, welches nur moderat die Siliziumgrenzwerte der Motorenhersteller \u00fcberschreitet. Andere Membranmaterialien (insbesondere Pebax, Keltan und Buna-Sorten) zeigten im Labor gute Ergebnisse, sind jedoch nicht als kommerziell erh\u00e4ltliche Membranen erh\u00e4ltlich. Prinzipiell steht der Fertigung solcher Membranen und Membranmodule und dem Vertrieb durch einen Anlagenbauer technisch aber nichts entgegen. Theoretische \u00dcberlegungen haben gezeigt, dass dabei ggf. auch auf die Verwendung einer invest- und betriebskostenintensiven Vakuumpumpe (3-end) verzichtet werden kann, wenn die Membran im Sweepbetrieb betrieben wird (4-end). Hier wird das notwendige Konzentrationsgef\u00e4lle, welches die Siloxane \u00fcber die Membran permeieren l\u00e4sst, \u00fcber einen Luftstrom aus der Umgebung auf der Membranr\u00fcckseite erzeugt. Im Normalbetrieb (h\u00f6here Siliziumabreicherungen \u00fcber die Membran) ist die Verwendung von Luft aus Explosionsschutzgr\u00fcnden unkritisch.
\nDie gesetzten Ziele wurden erreicht, jedoch mussten diese im Laufe des Projektes gewissen Rahmenbedingungen angepasst werden. Zu nennen sind hier insbesondere der untersch\u00e4tzte Entwicklungsaufwand eines Pebax 2533 Membranmoduls und der Projektausstieg der G.A.S. Krefeld. Die erzielten Er-gebnisse zeigen, dass die optimierte membranbasierte Siloxanentfernung kosteng\u00fcnstiger ist als Aktivkohle, insbesondere wenn Luft als Sweepgas verwendet und der Permeatstrom nachoxidiert wird (nicht-katalytisch bei ca. 1000\u00b0C). Es f\u00e4llt keine beladene Aktivkohle an und das Verfahren l\u00e4uft vom Prinzip her kontinuierlich.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Ergebnisse des Vorhabens wurden bereits in zwei Ver\u00f6ffentlichungen dargelegt:
\n1.\tAjhar et al.,Siloxane removal from landfill and digester gas – A technology overview. Bioresource Technology, 101(9), 2010, 2913-2923.
\n2.\tAjhar et al., Suitability of Tedlar\u00ae gas sampling bags for siloxane quantification in landfill gas. Talanta, 82 (2010), 92-98.
\nEine weitere Ver\u00f6ffentlichung \u00fcber die Siloxantrennleistung des PDMS-Moduls wird z. Z. f\u00fcr die Ver\u00f6ffentlichung im Journal Separation & Purification Technology vorbereitet. Ebenfalls werden zentrale Ergebnisse zur Analytik auf der Tagung Siloxane – Siliziumorganische Verbindungen in der Abfallwirtschaft am 27.09.2011 im Rahmen eines Vortrages einem Fachpublikum vorgestellt.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Membrantechnik k\u00f6nnte nach weiterem, \u00fcberschaubarem Entwicklungsaufwand zum neuen Stand der Technik werden. Pebax 2533 ist als Membranmaterial besonders geeignet, da Methanverluste \u00fcber die Membran geringer ausfallen. Weiterf\u00fchrende Schritte k\u00f6nnten die Herstellung und Untersuchung einer kleinen Pebax 2533-Membran im Labor beinhalten, um die Erwartungen an die Pebax 2533-Membran zu best\u00e4tigen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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