Das Konzept "Power to Gas" erlaubt es, Energie, welche beispielsweise aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt wird, in Gas (in vielen Fällen Methan, im konkreten Fall Wasserstoff) umzuwandeln und diese zu speichern oder weiter zu transportieren. Um den Transportweg energieeffizient und kostengünstig zu bewerkstelligen, wäre eine gemeinsame Nutzung mit dem Erdgas im bestehenden Pipelinenetze möglich. An einer gewünschten Stelle entlang des Netzes könnten Anlagen zur Abtrennung des transportierten Wasserstoffs in hoher Qualität (99,97Vol.%) installiert werden, welcher unter anderem zur Betankung von Wasserstoffautos dient. Das technische Verfahren zur Abtrennung des Wasserstoffs ist allerdings noch zu erforschen, könnte aber durch eine Kombination aus Gaspermeation und Adsorption realisiert werden, wobei die Gaspermeation eine Erstaufkonzentrierung durchführt und die Adsorption den Wasserstoff auf die gewünschte Qualität bringt. Diese Arbeit fokussiert sich auf diesen Gasadsorptionsprozess, insbesondere auf das Durchbruchsverhalten von Methan an Aktivkohle, womit die Beladungs- und Spülzeiten sowie der Betriebsdruck optimiert und eine maximale Ausbeute bei gewünschter Produktgasqualität erzielt werden kann. Im ersten Schritt erfolgten Experimente zur Bestimmung der Sättigungsbeladung der Aktivkohle mit einer thermogravimetrischen Apparatur bei Atmosphärendruck und unterschiedlichen Temperaturen. Parallel dazu konnte ein Adsorptionsteststand errichtet und mit Aktivkohle betrieben werden. Im zweiten Schritt dienten zur Bestimmung des Einflusses der Betriebsbedingungen Adsorptionsversuche bei Drücken bis zu 10bar(ü). Die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse konnte durch die Wiederholung einiger Experimente bei identem Druck bestätigt werden. Anhand der Messergebnisse erfolgten Vergleiche untereinander, sowie mit jenen der thermogravimetrischen Analysen und Literaturwerten. Sättigungsbeladungen und charakteristische Zeitpunkte veranschaulichten den Einfluss der unterschiedlichen Prozessparameter auf das Adsorptionsverhalten. Durch die zufriedenstellenden Resultate kann der Adsorber als funktionstüchtig beurteilt werden, welcher im Vergleich zur Literatur ähnliche Adsorptionsergebnisse liefert.
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The concept "Power to Gas" allows to transform energy, produced from e.g. renewable energy sources, into gas (in many cases it transforms to methane, in this specific case it transforms into hydrogen) which can be stored or further transported. To manage the transport as energy and cost efficient as possible, the joint use of the already existing pipeline system with natural gas would be feasible. At a desired spot along the distribution system, separation facilities could be installed which split off the transported hydrogen in a high quality (99,97Vol.%) which in return can be used to refuel hydrogen cars. This technical method has yet to be investigated, but could most likely be a combination of a gas permeation- and an adsorption tool in which the gas permeation operates a pre-preparation and the adsorption tool generates the required quality. This master thesis focuses on the gas adsorption process, especially on the break through investigation of methane on activated carbon, by which an optimization of capacity- and purging times as well as operation pressure can be done to achieve a maximum yield at required product gas quality. In the first step thermo gravimetric analyses at atmospheric pressure and variable temperature were operated to determine the saturation capacity of the activated carbon. Parallel to that step an adsorption pilot plant was designed and operated with activated carbon. In the second step adsorption experiments were analysed at pressures up to 10barg to determine the effect of the operation conditions. Some experiments were repeated several times at the same pressure level to check the reproducibility of the results. A mass spectrometer was used to quantify the gas composition at the outlet of the adsorber. Based on the measurement results comparison took place between the results and the thermo gravimetric analyses as well as literature. Saturation capacity and characteristic times of the adsorption demonstrate the influence of varying process parameters. Due to the satisfying results, the adsorber can be evaluated as functional, which provides similar adsorption results to the literature.
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Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers Zusammenfassung in englischer Sprache
