IEA AFC Annex 35: Paper "Techno-economic analysis of fixed-bed chemical looping for decentralized, fuel-cell-grade hydrogen production coupled with a 3 MWth biogas digester" (2021)
Bibliographische Daten
Sebastian Bock, Bernd Stoppacher, Karin Malli, Michael Lammer, Viktor HackerHerausgeber: Elsevier, Energy Conversion and Management 250, 2021
Englisch, 14 Seiten
Inhaltsbeschreibung
In einer thermodynamischen Bewertung wurden die wichtigsten Parameter für eine hohe Prozesseffizienz und Wasserstoffreinheit ermittelt. Der Kaltgaswirkungsgrad für die Wasserstoffproduktion aus Biogas wurde auf 60-78% geschätzt. Es wurde festgestellt, dass eine externe Rezirkulation die CGE um +44%rel. für den vorherrschenden Fe-FeO-Umwandlungsschritt erhöht. Die Kohlenstoffbildung in der Reduktionsphase wurde bei einem O/R-Verhältnis von über 1,2 unterdrückt, was für die Produktion von hochreinem Wasserstoff erforderlich ist. Eine Pinch-Analyse bewies die vollständige thermische Integration des Prozesses unabhängig von den variierten Prozessparametern.
Die wirtschaftliche Machbarkeit wurde anhand eines Fallbeispiels für die Wasserstoffproduktion in einer 3 MW-Biogasanlage ermittelt. Darüber hinaus wurden die Auswirkungen verschiedener Systemparameter wie Kapitalkosten, Kosten und Lebensdauer des Sauerstoffträgers sowie die Kosten der Einsatzstoffe bewertet. Der Systemwirkungsgrad für die Wasserstofferzeugung wurde auf 62,5% geschätzt, die Auskopplung der überschüssigen Wärme für die Fernwärme erhöht den Gesamtwirkungsgrad des Systems auf 84%.
Die Kosten für die Wasserstofferzeugung wurden im Basisszenario auf 2,27 € kgH2-1 geschätzt, wobei die Kosten für das Wasserstoffprodukt einschließlich der Rohstoffkosten auf 4,6-6,2 € kgH2-1 geschätzt wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass das chemische Festbett-Looping eine wettbewerbsfähige Option für eine wirtschaftlich nachhaltige Biogasumwandlung darstellt.