Entwicklung eines Methanoxidationskatalysators auf Basis von biogenem Silica für die Entfernung von Methan im Abgas von Biogas-BHKW

Abstract

Der Wandel der Energieversorgung hin zu erneuerbaren Energien ist ein zentrales energiepolitisches Ziel. Biogasanlagen haben daran einen maßgeblichen Anteil. Die während der Konversion von Biogas im Blockheizkraftwerk erhöhten Emissionen von Schadstoffen müssen durch geeignete Verfahren auf ein Minimum reduziert werden, damit dieses Ziel ohne Schädigung von Menschen und Umwelt erreicht werden kann. Mit Einführung der 44. BImSchV wurden erstmals Grenzwerte für organische Kohlenstoffemissionen (Gesamt-C) festgelegt, wodurch das Thema Methanschlupf als Hauptkomponente dieser Emissionen stärker in den Fokus der Forschung trat. Die katalytische Oxidation von Methan zu Kohlenstoffdioxid ist ein praktikabler Ansatz zur Minderung von Methanemissionen. Die im Projekt untersuchte Katalysatorstruktur basiert auf dem Konzept der Entkopplung von Metall und Metalloxid auf biogenem Silica, welches aus der energetischen Verwertung von biogenen Rest- und Abfallstoffen gewonnen wird. Der Fokus lag hierbei auf der Nutzung von Reisspelzen. Neben der Optimierung des Katalysatorträgers wurde auch die Syntheseroute des Katalysators optimiert. So wurde die nasschemische Ausgangsroute erfolgreich in eine praxistaugliche mechanosynthetische Route überführt. Das pulverförmige Katalysatormaterial wurde einerseits auf α-Al2O3-Hohlkugeln immobilisiert bzw. es konnten aus biogenem Silica gefertigte Hohlkugeln mit dem Aktivmaterial beschichtet werden. Andererseits wurde ein marktüblicher Metallwabenkörper als monolithischer Träger genutzt. Die katalytische Wirksamkeit der pulverförmigen Katalysatoren wurde zunächst im Labormaßstab im Modellabgas geprüft. Im weiteren Projektverlauf wurden monolithische Proben im Labormaßstab sowohl im Modellabgas als auch mit Hilfe einer mobilen Katalysatortestapparatur im realen Abgas untersucht. Zudem konnte die Stabilität des Katalysatormaterials im realen Anwendungsmaßstab nachgewiesen werden.