Miao, Chen:

Modelling of landfill gas adsorption with bottom ash for utilization of renewable energy

Duisburg, Essen (2011), XIII, 105 S.
Dissertation / Fach: Bauwissenschaften
Fakultät für Ingenieurwissenschaften » Bauwissenschaften
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2011
Abstract:
Energiekrise, Umweltverschmutzung und Klimawandel sind die großen globalen Herausforderungen. Im 21. Jahrhundert ist die Entwicklung von neuen Technologien in Bereich der erneuerbaren Energien im Fokus der Forschung, um die Klimaerwärmung zu vermindern und die Entwicklung der Gesellschaft in eine ökologisch nachhaltige Richtung zu bringen.
Deponiegas, welches von biologisch abbaubaren Siedlungsabfällen auf Deponien erzeugt wird, ist eine erneuerbare Energiequelle. In dieser Arbeit wird in das Themenfeld der Deponiegasnutzung für die Energieerzeugung eingeführt. Durch Dampfreformierung kann aus Deponiegas Wasserstoff erzeugt werden. Hierfür ist ein Reformer in das Brennstoffzellen-System integriert. Eine Kläranlage in Köln nutzt ein Phosphorsäure-Brennstoffzellen-Kraftwerk mit Biogas bereits seit mehr als 50.000 Stunden erfolgreich. Deponiegas kann daher als Brennstoff für die Stromerzeugung mittels eines Brennstoffzellen-Systems verwendet werden. Zur Beschreibung der Möglichkeit zur Nutzung von Deponiegas in Brennstoffzellen werden die Thermodynamik von Deponiegas und der Dampfreformierung unter Zuhilfenahme von Simulationen diskutiert.
In der Praxis kann methanreicheres Gas durch Deponiegasreinigung und -abtrennung erreicht werden. Diese Arbeit untersucht eine neue Methode um Deponiegas mittels Adsorption mit Rostasche bzw. Schlacke experimentell zu einem höheren Methangehalt zu bringen. Diese Schlacke ist das Restprodukt kommunaler Müllverbrennungsanlagen. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften werden in dieser Arbeit beschrieben und analysiert. Die Adsorptionsversuche mit Deponiegas zeigen, dass Schlacke als potenzieller Absorber für Deponiegas verwendet werden kann, um CO2 zu entfernen. Darüber hinaus kann die Alkalität des Schlacke-Eluats mit diesem Adsorptionsverfahren reduziert werden. Weiterhin werden die Interaktionen und die unterschiedlichen Reaktionen zwischen Deponiegas und Kesselasche entsprechend erklärt.
Darüber hinaus wird ein Simulationsmodell zur Deponiegasadsorption mit Schlacke entwickelt. Hierzu werden die Parameter von Deponiegas, dem Adsorptionsgleichgewicht und deren Gleichungen durch experimentelle Daten verifiziert. Außerdem werden theoretische Funktionen genutzt um den Simulationsansatz abzuleiten. In dieser Arbeit werden beide Ansätze diskutiert. Zusätzlich werden die Diffusionsvorgänge von Deponiegasmischungen von Maxwell-Gleichungen und Stefan Fick-Gesetz ausgedrückt. Die Beziehung zwischen Maxwell-Gleichungen und den Stefan Fick-Gesetz ermöglicht eine theoretische Abschätzung der Diffusionskoeffizienten von Deponiegasmischungen. Maßgebend basiert dieses Modells auf der Theorie der porösen Medien. Hierbei werden Massenbilanz, Impulsbilanz und konstitutive Beziehungen in einem Multi-Phasen-Modellierung eingesetzt. Das Deponiegasadsorptionsverfahren mittels Schlacken wird in einem zweidimensionalen Modell der porösen Medien implementiert und anschließend simuliert.

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