Kohlenstoffbildung und -detektion in erdgasbetriebenen SOFC-Systemen

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In dieser Dissertation wird die Kohlenstoffbildung in erdgasbetriebenen Brennstoffzellensystemen theoretisch und experimentell untersucht. Der Vergleich zwischen theoretischen Analysen und experimentellen Daten zeigt, dass die vorhandenen thermodynamischen Daten keine verlässlichen Vorhersagen zur Kohlenstoffbildung in allen Betriebsbereichen ermöglichen. Daher sind experimentell ermittelte Daten erforderlich. Zur Erzeugung dieser Daten wird ein in-situ Kohlenstoffsensor entwickelt, wobei eines von drei ursprünglichen Konzepten bis zur Funktionsfähigkeit verfolgt wird. Der Sensor wird zur Analyse der Kohlenstoffbildung bei der Dampfreformierung von Methan und Propan sowie deren Mischungen eingesetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kohlenstoffbildung bei der Vorreformierung von Methan kinetisch gehemmt ist, was bedeutet, dass die Gefahr von Kohlenstoffablagerungen geringer ist als theoretisch erwartet. Im Gegensatz dazu tritt bei Propan bei 500 °C unvermeidlich Kohlenstoffbildung auf. Bei Methan-Propan-Gemischen mit einem Propananteil unter 10 Vol.-% kann die Kohlenstoffbildung durch ausreichenden Wasserdampf unterdrückt werden. Der entwickelte Sensor hat das Potenzial, die Betriebssicherheit in Brennstoffzellensystemen zu erhöhen, was eine Reduzierung des Wasserdampfanteils im Vergleich zu herkömmlichen Systemen ermöglicht. Dies führt zu einem höheren elektrischen Wirkungsgrad und verbessert die Wirtschaftlichkeit.