Qualitative und Quantitative Produktanalyse der Katalytischen Konvertierung von Biogas in Plasmagestützten Rohrströmungsreaktoren

Biogas besteht hauptsächlich aus Methan und Kohlendioxid. Es entsteht durch aerobe Zersetzung von Biomasse, die z.B. als Abfallprodukt bei der Landwirtschaft anfällt. Da CH4 und CO2 zu den Treibhausgasen zählen, verstärkt dieser Prozess den anthropogenen Treibhauseffekt. Durch die Nutzung von Biogas als Edukt kann eine CO2-neutrale Prozessführung erreicht werden. Die Nettobilanz des Kohlendioxids in der Erdatmosphäre wird also nicht verändert. In konventionellen Reaktoren laufen Reaktionen zwischen CH4 und CO2 nur unter extremen (hoher Druck und Temperatur) Bedingungen ab, da beide Gase sehr reaktionsträge sind. Solche Prozesse verbrauchen viel Energie und sind sehr kostenintensiv. In einer Gasentladung (Plasma) werden heiße Elektronen erzeugt, die durch Stöße CH4 und CO2 dissoziieren und Radikale erzeugen: CH4+e->CH3+H+e(1) CO2+e->CO+O+e(2) Durch Rekombination entsteht z.B. Wasserstoff: CH4+H->CH3+H2(3) Bei diesen Prozessen entsteht hauptsächlich Wasserstoff (3) und Kohlenmonoxid (2). Als Nebenprodukte fallen verschiedene Kohlenwasserstoffe an, darunter Ethan, Ethen und Acetylen, sowie die sauerstoffhaltigen Spezies Methanol und Formaldehyd. In einem dielektrischen Barrieren Reaktor laufen diese Prozesse bei Atmosphärendruck ab, so dass hohe Investitions- und Betriebskosten für Hochdruckanlagen eingespart werden können. Ein weiter Vorteil eines DBE-Reaktors ist, dass er als Plug-Flow-Reaktor konzipiert und so ein kontinuierlicher Betrieb realisiert werden kann. Die Mischung aus H2 und CO wird in der Industrie in großen Mengen verwendet und ist als Synthesegas (SG) bekannt. SG kann durch die Fischer-Tropsch-Synthese zu synthetischem Benzin veredelt werden: (2n+1)H2+(n)CO->CH(n)H2(n+2)+(n)H2O (4) Dafür wird ein Verhältnis von (H2/CO) von 1.7 benötigt. Da die Zusammensetzung des Biogases stark orts- und zeitabhängig ist, muss ein Weg gefunden werden, trotzdem eine konstante SG-Zusammensetzung (SGZ) von 1.7 beizubehalten. Um den Produktstrom zu beeinflussen, wurden verschiedene Parameter variiert und der Einfluss auf die SGZ untersucht. Durch eine geschickte Variation der Behandlungszeit und der Reaktorleistung kann das SGZ signifikant beeinflusst und ein konstanter SGZ-Wert erreicht werden.