TY - THES

T1 - Untersuchung des Systems Eisen-Silizium-Mangan als Flüssigmetallkatalysator für die Methanpyrolyse

AU - Scherr, Christoph

N1 - nicht gesperrt

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Zur Reduktion der Treibhausgase und zur Eindämmung des Klimawandels ist eine Umstellung auf alternative Energieträger unerlässlich. Einen vielversprechenden Ersatz der fossilen Brennstoffe bietet Wasserstoff. Die heutige Produktion läuft allerdings größtenteils über emissionsintensive Verfahren, wie zum Beispiel die Dampfreformierung, ab. Einen alternativen Ansatz bietet die Methanpyrolyse, ein Prozess, der durch die Zersetzung von CH4 in Abwesenheit von Sauerstoff sowohl Wasserstoff als auch Kohlenstoff produziert. Die endotherme Reaktion findet präferiert bei höheren Temperaturen statt und lässt sich mit dem Einsatz eines Katalysators weiter beschleunigen. Die Anwendung eines Flüssigmetallreaktors bringt dabei gegenüber Feststoffvarianten einige Vorteile mit sich. Dieser Prozess befindet sich derzeit in einem frühen Entwicklungsstadium und ist ohne weitere Forschungsarbeiten für eine industrielle Umsetzung noch nicht bereit. Diese Arbeit untersucht den Einsatz von Eisen-Silizium-Mangan-Legierungen als flüssigen Katalysator bei der Methanpyrolyse. Hierbei kommen zwei Reaktoren mit einer Schmelzbadhöhe von 70 mm bzw. 300 mm bei Temperaturen von 1170¿1250 °C zur Anwendung. Die Auswertung betrachtet sowohl die Methanumsetzung sowie Wasserstoffausbeute der Experimente als auch die Aktivierungsenergie der Reaktion. Die Ergebnisse zeigen einen deutlichen positiven Effekt von höheren Siliziumgehalten, während über die Wirkung von Mangan aufgrund der vorhandenen Daten keine eindeutige Aussage getroffen werden kann. Eine Deaktivierung des Katalysators ist bei einer maximalen Versuchsdauer von 260 Minuten nicht zu beobachten. Die Betrachtung des Kohlenstoffs zeigt, dass es zum Metallaustrag kommt, wodurch das Produkt in unreiner Form anfällt. Es gibt aber zahlreiche Faktoren, die bei der Methanpyrolyse zu berücksichtigen sind, was den Bedarf an weiterführender Forschung unterstreicht.

AB - Zur Reduktion der Treibhausgase und zur Eindämmung des Klimawandels ist eine Umstellung auf alternative Energieträger unerlässlich. Einen vielversprechenden Ersatz der fossilen Brennstoffe bietet Wasserstoff. Die heutige Produktion läuft allerdings größtenteils über emissionsintensive Verfahren, wie zum Beispiel die Dampfreformierung, ab. Einen alternativen Ansatz bietet die Methanpyrolyse, ein Prozess, der durch die Zersetzung von CH4 in Abwesenheit von Sauerstoff sowohl Wasserstoff als auch Kohlenstoff produziert. Die endotherme Reaktion findet präferiert bei höheren Temperaturen statt und lässt sich mit dem Einsatz eines Katalysators weiter beschleunigen. Die Anwendung eines Flüssigmetallreaktors bringt dabei gegenüber Feststoffvarianten einige Vorteile mit sich. Dieser Prozess befindet sich derzeit in einem frühen Entwicklungsstadium und ist ohne weitere Forschungsarbeiten für eine industrielle Umsetzung noch nicht bereit. Diese Arbeit untersucht den Einsatz von Eisen-Silizium-Mangan-Legierungen als flüssigen Katalysator bei der Methanpyrolyse. Hierbei kommen zwei Reaktoren mit einer Schmelzbadhöhe von 70 mm bzw. 300 mm bei Temperaturen von 1170¿1250 °C zur Anwendung. Die Auswertung betrachtet sowohl die Methanumsetzung sowie Wasserstoffausbeute der Experimente als auch die Aktivierungsenergie der Reaktion. Die Ergebnisse zeigen einen deutlichen positiven Effekt von höheren Siliziumgehalten, während über die Wirkung von Mangan aufgrund der vorhandenen Daten keine eindeutige Aussage getroffen werden kann. Eine Deaktivierung des Katalysators ist bei einer maximalen Versuchsdauer von 260 Minuten nicht zu beobachten. Die Betrachtung des Kohlenstoffs zeigt, dass es zum Metallaustrag kommt, wodurch das Produkt in unreiner Form anfällt. Es gibt aber zahlreiche Faktoren, die bei der Methanpyrolyse zu berücksichtigen sind, was den Bedarf an weiterführender Forschung unterstreicht.

KW - Methane pyrolysis

KW - Hydrogen

KW - Carbon

KW - Liquid metal catalyst

KW - Catalyst

KW - Reaction kinetics

KW - Methane

KW - Iron

KW - Silicon

KW - Manganese

KW - Pig iron

KW - Pyrolysis

KW - Methanpyrolyse

KW - Wasserstoff

KW - Kohlenstoff

KW - Flüssigmetallkatalysator

KW - Katalysator

KW - Reaktionskinetik

KW - Methan

KW - Eisen

KW - Silizium

KW - Mangan

KW - Roheisen

KW - Pyrolyse

M3 - Masterarbeit

ER -