Entwicklung eines neuartigen edelmetallfreien und SO2-resistenten Katalysators für die langzeitstabile Oxidation von CH4, CH2O und CO im Abgas von stationären Gasmotoren; Teilvorhaben 2: Demonstratorentwicklung und Erprobung anwendungsnaher Katalysatoren (MethOx)

Abstract

Projektbeschreibung: Bei der motorischen Verbrennung von Biogas entstehen in geringem Umfang Emissionen wie z. B. Methan, die einen höheren Treibhausgasfaktor haben im Vergleich zu CO2. Die bisherigen technischen Lösungen, wie die Methanoxidation an Edelmetallkatalysatoren, erreichen nur eine unzureichende Minderung der Emissionen oder eine ungenügende Standzeit und können die geplanten Abgasgrenzwerte nicht mehr einhalten. Insbesondere ist die Schädigung der Katalysatoren durch Schwefel im Biogas dafür verantwortlich. Mit dem Projektziel, der Entwicklung eines neuartigen edelmetallfreien und schwefelresistenten Katalysators für die Oxidation von Methan (CH4), Formaldehyd (CH2O) und Kohlenmonoxid (CO) im Abgas von stationär betriebenen mageren Gasmotoren, soll eine neue technische Lösung gefunden werden. Die DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH arbeitet zusammen mit der Professur Reaktionstechnik der TU Bergakademie Freiberg und der Völkl Motorentechnik GmbH an der Demonstratorentwicklung und Erprobung anwendungsnaher Katalysatoren und unterstützt im Projekt mit Modellierungen und experimentellen Untersuchungen die Entwicklung. Projektergebnisse: In dem Projekt MethOx wurde zusammen mit den Projektpartnern ein schwefelresistenter Katalysator entwickelt, welcher bei Gasmotoren eingesetzt werden kann, um die Emissionen von Kohlenmonoxid, Formaldehyd und Methan so weit zu senken, dass die aktuellen Vorschriften der TA-Luft eingehalten werden können. Die giftigen Schadstoffe wie Kohlenmonoxid und Formaldehyd konnten bereits bei geringer Temperatur zu über 80 % entfernt werden. Das Treibhausgas Methan, welches aus dem Schlupf der Verbrennung rührt, konnte mit dem entwickelten Katalysator bei hoher Temperatur messbar reduziert werden. Dazu wurden am DBI nach der Konzeptentwicklung die vorausgewählten katalytischen Materialien auf einem Monolithen unter Laborbedingungen getestet und die Performance mit kommerziellen Edelmetallsystemen verglichen. Das beste System wurde unter Realabgas untersucht und auf Demonstratormaßstab skaliert. Der Einfluss von Katalysatorgiften auf die Performance und Dauerstabilität wurde ebenfalls untersucht und mit den Edelmetallsystemen verglichen. Abschließend erfolgte die wissenschaftlich-technische Auswertung der Versuche und die Handlungsempfehlung für die Weiterentwicklung. Es konnte bei den edelmetallfreien Katalysatoren eine Degradation beobachtet werden, allerdings wurde ein Zusammenhang mit SO2 nicht nachgewiesen.