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Ammonia-to-Power

Energiegewinnung aus ammoniumhaltigen Reststoffströmen mittels Vakuum-Membrandestillation und Ammoniak-Brennstoffzelle

In unterschiedlichen Reststoffen wie Produktionsabwässern, kommunalen Abwässern oder Gärresten sind große Mengen von Ammonium (in Form von Stickstoffsalzen) gebunden. Mangels effizienter Rückgewinnungstechnologien geht der darin mitgeführte Wasserstoff ungenutzt verloren. Beide im vorliegenden Projekt adressierten Problemstellungen, die effiziente Gewinnung von Ammoniak als Gas und die Nutzbarmachung und energetische Verwertung von Ammoniak in einer Brennstoffzelle erfordert die Entwicklung neuer angepasster Technologien.

Im Rahmen des Projektes „Ammonia-to-Power“ werden ein Vakuum-Membrandestillationsverfahren (MD) zur Ammoniakgasgewinnung und eine Ammoniak-Brennstoffzelle (Ammoniak SOFC - solid oxid fuel cell) entwickelt.

Das Ergebnis des Projektes ist eine optimierte MD-Anlage im Labormaßstab mit geeignetem Membranmodul und geeigneten Betriebsparametern, sowie ein 5kW Ammoniak-SOFC CHP (combined heat and power)-System, worauf aufbauend ein Real-Scale-Konzept ausgearbeitet wird.

In unterschiedlichen Reststoffen wie Produktionsabwässern, kommunalen Abwässern oder Gärresten sind große Mengen von Ammonium (in Form von Stickstoffsalzen) gebunden. Mangels effizienter Rückgewinnungstechnologien geht der darin mitgeführte Wasserstoff ungenutzt verloren. Mit dem Projekt „Ammonia-to-Power” soll erstmals der Grundstein für eine energieeffiziente, wirtschaftliche, industrielle Anwendung zur Rückgewinnung und energetischen Verwertung von Ammoniak aus flüssigen Abfallprodukten gelegt werden.

Beide im vorliegenden Projekt adressierten Problemstellungen, die effiziente Gewinnung von Ammoniak als Gas und die Nutzbarmachung und energetische Verwertung von Ammoniak in einer Brennstoffzelle erfordert die Entwicklung neuer angepasster Technologien. Im Rahmen des Projektes „Ammonia-to-Power“ werden ein Vakuum-Membrandestillationsverfahren (MD) zur Ammoniakgasgewinnung und eine Ammoniak-Brennstoffzelle (Ammoniak SOFC) entwickelt.

Mit der Vakuum-Membrandestillationstechnik zur Ammoniakabtrennung würde erstmals eine Technologie verfügbar sein, um aus flüssigen Abfallprodukten Ammoniak als Gas nutzbar zu machen. Die SOFC-Brennstoffzelle ist die einzige bekannte Technologie mit der es möglich ist, aus Ammoniak effizient Energie zu gewinnen.

Das Ergebnis des Projektes wird eine optimierte Membrandestillationanlage im Labormaßstab mit genauen Kenntnissen über Prozessparameter wie Durchfluss, Temperaturen, Energieverbrauch etc. sein. Weiters wird ein optimiertes und charakterisiertes Vakuum-Membranmodul entwickelt und die geeignetsten Betriebsparameter bestimmt.

Der abgetrennte Ammoniak soll in weiterer Folge in einer SOFC in elektrische und thermische Energie umgewandelt werden. Die optimalen Betriebsparameter der Brennstoffzellen werden im Labormaßstab bestimmt. Darauf aufbauend wird ein 5kW SOFC CHP-System aufgebaut, das ausschließlich mit Ammoniak als Brennstoff betrieben wird. Die kombinierte Nutzung von Strom und Wärme ergibt sehr hohe Nutzungsgrade, die Verwendung von Brennstoffzellen ermöglicht unerreicht hohe elektrische Wirkungsgrade im niedrigen elektrischen kW-Leistungsbereich.

Weiters wird für zwei konkrete Anwendungsfälle (kommunale Kläranlage und ASFINAG-Autobahnrastplatz) ein technisches Konzept einer Real-Scale Anlage ausgearbeitet. Auf den Untersuchungen und Konzepten für die Real-Scale Anlage aufbauend wird eine technoökonomische Bewertung der neuen Technologie erfolgen.


Projektleitung

DI Christoph Brunner

Auftraggeber

Klima- und Energiefonds www.ffg.at

Projektkoordination

AEE INTEC

Projektpartner

AVL LIST GmbH www.avl.com
Technische Universität Graz TUG – IWT www.tugraz.at/institute/iwt/home/

Status

laufend