Ziel der Entwicklung

Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines neuartigen, katalytisch wirkenden Adsorbens auf Basis von Aktivkohle und Eisenoxidhydroxid zur kombinierten Entfernung kritischer Spurenkomponenten wie flüchtigen Methylsiloxanen (englisch: Volatile Methyl Siloxanes = VMS) und Schwefelwasserstoff (H2S) aus Prozessgasen. Granulate aus Aktivkohle und Eisenoxidhydroxid erscheinen als Basis für das Verfahren sehr aussichtsreich, da sie gut kompatibel mit den zu eliminierenden Substanzen und relativ einfach modifizierbar sowie kostengünstig sind. Durch geeignete Variationen in der technologischen Herstellung können die gewünschten chemisch-physikalischen Eigenschaften in Bezug auf Porosität, Aktivität, Kapazität sowie Stabilität der Granulate gewährleistet werden. Der Fokus des Vorhabens ist die wissensbasierte Entwicklung, die physikalisch-chemische Charakterisierung und Erprobung der Granulate für die kombinierte Entfernung von VMS und H2S sowie gegebenenfalls die Co-Adsorption weiterer kritischer Gaskomponenten wie zum Beispiel Ammoniak. Im Gegensatz zu den derzeit verwendeten Aktivkohlen wird so einerseits durch die Schließung des natürlichen Stoffkreislaufs ein wichtiger Beitrag in der Entwicklung zu einem nachhaltigen Ressourcenmanagement geleistet. Andererseits wird durch die Entwicklung eines selektiveren Sorbens der Materialeinsatz und die finanziellen Aufwendungen beim Endverbraucher reduziert. Dieses neue Materialkonzept ist ein wichtiger Baustein zur Entwicklung einer modernen und nachhaltigen Gasaufbereitungstechnologie.

Vorteile und Lösungen

Innerhalb des Projektes wurden umfangreiche Synthesen durchgeführt. Die Syntheseparameter wie Präkusorwahl, Synthesetemperatur und -dauer oder der Synthesepfad wurden ausgiebig untersucht. Weiterhin wurde eine Methodik zur kontinuierlichen Messung von Gasbestandteilen, zum Beispiel die Siloxane D4 und D5, mittels Massenspektrometer erarbeitet. Mittels dieses Analysegerätes konnten die verschiedenen Adsorptionsmaterialien in einem Screening untersucht sowie ein Ranking durchgeführt werden. Dabei bestand die Gasmatrix aus einem Siloxan und einer Stickstoffmatrix beziehungsweise aus einer Strickstoffmatrix mit H2S oder einer Biogasmatrix. Aufgrund der physikalisch-chemischen Charakterisierung konnten wichtige Materialeigenschaften für die Adsorption von VMS und H2S ermittelt werden. Diese wurden in nacheinander folgenden Iterationsschleifen immer weiter verbessert und angepasst. In Summe konnte gezeigt werden, dass die kombinierte Entfernung von VMS und H2S mittels Eisenoxid-Aktivkohle-Granulaten eine Verbesserung der Adsorption im Vergleich zu reiner Aktivkohle beziehungsweise Eisenverbindungen brachte. Jedoch gab es an den aktiven Zentren der Aktivkohle Konkurrenz und damit eine Co-Adsorption von H2S und den VMS. Das beste Adsorptionsmaterial im Projekt bestand aus einem synthetisierten Gemisch aus Aktivkohle und Goethit beziehungsweise Eisenhydroxid. Aus den Ergebnissen der Versuche konnten Erkenntnisse zur Optimierung des Verfahrens abgeleitet werden. Hierzu zählt einerseits die Optimierung der Zumischung von VMS in realen Konzentrationen und als Gemisch. Dies war im Rahmen des durchgeführten Projektes aufgrund der Schwierigkeiten in der Umsetzung nicht realisierbar. Aus diesem Grund lassen sich die Ergebnisse nur bedingt mit anderen Forschungsergebnissen vergleichen. Deshalb wurden jedoch immer Vergleichsmessungen mit einer kommerziellen Aktivkohle betrieben, um die erzielten Ergebnisse einordnen zu können. Dies sollte in einem Folgeprojekt näher untersucht werden, nachdem in diesem Projekt das prinzipielle Verständnis der Analytik gefestigt wurde. Weiterhin konnte während der Realgas-Versuche festgestellt werden, dass Methan einen starken Einfluss auf die VMS und H2S-Beladungskapazität hat. Methan adsorbiert sehr gut an Aktivkohle und besetzt somit Stellen, welche nicht mehr für Siloxane oder Schwefelwasserstoff frei sind.

Zielgruppe und Zielmarkt

Als Endkunden werden zunächst Betreiber von Klär- und Deponiegasanlagen definiert, welche eine Klärgasgewinnung an ihren Anlagen besitzen. Dies sind in Deutschland aktuell 1.178 Anlagen. Ausgangspunkt ist der deutsche Markt, von welchem die Technologie in andere Länder überführt wird. Um den Transfer in die Wirtschaft effektiv zu gestalten, wurden weitere konzeptionelle Schritte als notwendig und zielführend erarbeitet. Hiervon profitieren vor allem Anlagenbauer durch Erweiterung ihres Angebotsportfolios sowie Betreiber von bestehenden Deponie-und Klärgasanlagen durch weniger kostenintensive Wechsel aufgrund versandeter Blockheizkraftwerke.