Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Das Hauptziel dieses Projekts ist die Weiterentwicklung der kürzlich erfolgreich demonstrierten und hocheffizienten sorptionsgestützten Methanisierungstechnologie für eine Biogasaufbereitung im Hinblick auf die Überwindung der verbleibenden Hindernisse auf dem Weg zur industriellen Nutzung. Diese Hindernisse sind die Kosten für das katalytisch aktive Ni-Metall und seine Schwefelempfindlichkeit. Die wissenschaftliche Durchdringung ist daher auf ein technologisch und wirtschaftlich zuverlässiges System mit geringeren Umweltauswirkungen ausgerichtet.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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The main goal of this project is the development of the recently successfully demonstrated and highly efficient sorption-enhanced methanation technology for a biogas upgrade with respect to tackling remaining obstacles towards industrialisation. Said obstacles are the cost of the catalytic active Ni metal and its sulphur sensitivity. Scientific penetration is therefore aligned towards a technologically and economically reliable system with a lower environmental impact.
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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L'objectif principal de ce projet est le développement de la technologie de méthanisation par sorption, récemment démontrée avec succès et très efficace, pour l'amélioration du biogaz, en s'attaquant aux obstacles qui subsistent en vue de l'industrialisation. Ces obstacles sont le coût du métal Ni catalytique actif et sa sensibilité au soufre. La pénétration scientifique est donc orientée vers un système technologiquement et économiquement fiable avec un impact environnemental moindre.
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Kurzbeschreibung
(Italienisch)
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L'obiettivo principale di questo progetto è quello di sviluppare ulteriormente la tecnologia di metanazione assistita da sorbenti, recentemente dimostrata con successo e altamente efficiente, per l'upgrading del biogas, con l'obiettivo di superare gli ostacoli ancora presenti sulla strada dell'utilizzo industriale. Questi ostacoli sono il costo del metallo Ni cataliticamente attivo e la sua sensibilità allo zolfo. La penetrazione scientifica si concentra quindi su un sistema tecnologicamente ed economicamente affidabile con un minore impatto ambientale.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Biogasanlagen haben zwei Gesichter: Zum einen produzieren sie erneuerbares Methan und damit einen klimafreundlichen Erdgas-Ersatz, zum anderen entlassen sie Kohlendioxid (CO2), welches zuvor in der Biomasse gebunden wurde, ungenutzt in die Umwelt. Die Ostschweizer Fachhochschule zeigt nun, wie sich das biogene CO2 ebenfalls energetisch nutzen und damit der Ertrag von Biogasanlagen verdoppeln lässt. Mittel zum Zweck ist ein bisher einmaliger Katalysator auf der Basis des gut verfügbaren und kostengünstigen Metalls Eisen.
Zugehörige Dokumente
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Publikationen / Ergebnisse
(Französisch)
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Les installations de biogaz ont deux visages: d’une part, elles produisent du méthane renouvelable et ainsi un substitut écologique au gaz naturel, et d’autre part, elles rejettent dans l’environnement le dioxyde de carbone (CO2), lequel était auparavant fixé dans la biomasse sans être utilisé. La Haute école spécialisée de Suisse orientale montre maintenant comment le CO2 biogène peut également être utilisé à des fins énergétiques et ainsi doubler le rendement des installations de biogaz. Le moyen d’y parvenir est un catalyseur unique en son genre à base de fer, un métal facilement disponible et bon marché.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Das Hauptziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer hocheffizienten Sorptions-Methanisierungstechnologie für eine Biogasaufbereitung im Hinblick auf die Bewältigung der noch bestehenden Hindernisse für die Industrialisierung. Diese Hindernisse sind die unzureichende Wirtschaftlichkeit des Ni- Katalysators, dessen Schwefelempfindlichkeit und die Einbindung in einen skalierbaren industriellen Prozess. Die wissenschaftliche Durchdringung ist daher auf ein technologischwirtschaftlich zuverlässiges System mit geringerer Umweltbelastung und dessen Integration im Biogasbereich ausgerichtet. In der Förderperiode wurde ein zusätzlicher Weg zur Herstellung von Fefunktionalisierten Katalysator Pellets etabliert. Dieser wurde speziell für die Verwendung Pulverförmiger Edukte ausgelegt. Es konnten auf diese Weise grössere Mengen an Katalysatorpellets (>200 g) hergestellt, in der eigenen Hochdruckapparatur integriert und in der CO2 Methanisierungen erprobt werden. Dabei wurde ein deutlicher Sorptionseffekt auf die Reaktion gemessen. Dieser ist für das vorliegende Fe-basierte System neben Druck und Temperatur auch von Faktoren wie der eingesetzten Fe-Vorläuferverbindung abhängig. Monometallische Fe-Katalysatoren schienen anfällig für einen Phasenwechsel während der Methanisierung zu sein. XRD-Messungen zeigten die Bildung einer irreversiblen Eisenkarbidphase. Die Dotierung mit geringen Mengen an Kobalt führte zu einer besseren Leistung mit einer maximalen CO2-Umwandlung von ~100% bei einer CH4-Selektivität von bis zu 97%. Darüber hinaus wurden erste Untersuchungen zur Degradierung der Materialien durchgeführt. Das Codotierte Material zeigte sich über 10 Reaktionszyklen eine stabile Performance. Mittels TGA konnte gezeigt werden, dass es nicht zur Kohlenstoffanreicherung an den katalytischen Zentren kommt. Die Errungenschaften dieses Projekts haben die Reife der sorptionsgestützten Methanisierungstechnologie, die nun im quasikontinuierlichen Modus betrieben werden kann, erhöht, und es wurden kosteneffizientere katalytische Materialien mit geringeren Auswirkungen auf die Umwelt entwickelt.
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Schlussbericht
(Englisch)
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The main goal of this project is the development of a highly efficient sorption-enhanced methanation technology for a biogas upgrade concerning tackling the remaining obstacles towards industrialization. Said obstacles are the cost of the catalytic active Ni metal and its sulfur sensitivity. Scientific penetration is therefore aligned towards a technologically and economically, reliable system and its upscaling. During the funding period, an additional route to produce Fe-functionalised catalyst pellets was established. In this way, large quantities of catalyst pellets (>200 g) could be produced, installed in the in-house high-pressure apparatus, and tested in CO2 methanation. A sorption-enhancement effect was measured. For the Fe-based system at hand, the enhancement depends not only on pressure and temperature but also on factors such as the Fe precursor used in the material preparation. Monometallic Fe-catalysts seemed prone to a phase change during methanation, and a persistent Fe-carbide phase was identified by X-Ray diffraction (XRD). The addition of cobalt led to a better performance with a maximum conversion of ~100% with a CH4 selectivity of up to 97%. Furthermore, the first investigations on the degradation of the materials were carried out and the Co-doped material presented a stable performance in up to 10 reaction cycles with no carbon accumulation as indicated by the Thermogravimetric analysis results. The achievements of this project increased the maturity of the sorption-enhanced methanation technology, which now can be operated in quasi-continuous mode with non-noble metal catalytic materials with a lower impact on the environment.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Französisch)
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L'objectif principal de ce projet est de développer une technologie de méthanisation par sorption hautement efficace pour un traitement du biogaz en vue de surmonter les obstacles à l'industrialisation qui subsistent. Ces obstacles sont la rentabilité insuffisante du catalyseur Ni, sa sensibilité au soufre et son intégration dans un processus industriel évolutif. La pénétration scientifique est donc orientée vers un système fiable sur le plan technologique et économique, avec un impact environnemental réduit, et son intégration dans le secteur du biogaz. Au cours de la période de financement, une voie supplémentaire pour la production de pellets de catalyseur fonctionnalisés au Fe a été établie. Celle-ci a été spécialement conçue pour l'utilisation d'éduits en poudre. De cette manière, il a été possible de produire de grandes quantités de pellets de catalyseur (>200 g), de les intégrer dans l'appareillage haute pression de l'entreprise et de les tester dans la méthanisation du CO2. Un effet de sorption significatif sur la réaction a été mesuré. Pour le présent système à base de Fe, celui-ci dépend non seulement de la pression et de la température, mais aussi de facteurs tels que le composé précurseur de Fe utilisé. Les catalyseurs monométalliques à base de Fe semblaient être sensibles à un changement de phase pendant la méthanisation. Les mesures XRD ont montré la formation d'une phase irréversible de carbure de fer. Le dopage avec de petites quantités de cobalt a permis d'améliorer les performances avec une conversion maximale du CO2 de ~100% et une sélectivité du CH4 pouvant atteindre 97%. En outre, les premières études sur la dégradation des matériaux ont été menées. Le matériau codé a montré une performance stable sur 10 cycles de réaction. La TGA a permis de montrer qu'il n'y a pas d'accumulation de carbone au niveau des centres catalytiques. Les réalisations de ce projet ont permis d'accroître la maturité de la technologie de méthanisation par sorption, qui peut désormais fonctionner en mode quasi-continu, et de développer des matériaux catalytiques plus rentables ayant un impact moindre sur l'environnement.
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Schlussbericht
(Italienisch)
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L'obiettivo principale di questo progetto è lo sviluppo di una tecnologia di metanazione altamente efficiente potenziata mediante adsorbimento per la purificazione del biogas. Si vogliono così affrontare i rimanenti ostacoli verso l'industrializzazione di questa tecnologia. Tali ostacoli riguardano il costo del catalizzatore attivo al nichel e la sua sensibilità al solfuro. L’ulteriore sviluppo scientifico è quindi orientato verso un sistema tecnologicamente ed economicamente affidabile e la sua scalabilità. Durante il progetto, è stata individuata una via aggiuntiva per la produzione di pellet di catalizzatore funzionalizzato al ferro. In questo modo, sono state prodotte grandi quantità di pellet di catalizzatore (> 200 g), installate nell'apparato ad alta pressione in sede e testate per la metanazione del CO2. È stato misurato un effetto di potenziamento dell'adsorbimento. Per il sistema a base di ferro in questione, il potenziamento dipende non solo dalla pressione e dalla temperatura, ma anche da fattori come il precursore di ferro utilizzato nella preparazione del materiale. I catalizzatori monometallici a base di ferro sembravano inclini a un cambiamento di fase durante la metanazione, e una fase persistente di carburo di ferro è stata identificata mediante Diffrazione dei raggi X (XRD). L’aggiunta di cobalto ha portato a una migliore performance con una conversione massima di ~ 100% e una selettività di CH4 fino al 97%. Inoltre, sono state condotte le prime indagini sulla degradazione dei materiali. Il materiale con aggiunta di cobalto ha presentato una performance stabile in fino a dieci cicli di reazione senza accumulo di carbonio, come indicato dai risultati della analisi termogravimetrica. I risultati ottenuti in questo progetto hanno aumentato la maturità della tecnologia di metanazione potenziata mediante adsorbimento, che ora può essere utilizzata in modalità quasi-continua con materiali catalitici a base di metalli non nobili con un impatto ambientale ridotto.
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