Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Aufgrund der Preissituation im Energiemarkt wird Biomasse und hier insbesondere Holz fast ausschlie\u00dflich im W\u00e4rmemarkt genutzt. Ein Gesamtkonzept f\u00fcr die gekoppelte Bereitstellung von Heizenergie und elektrischer Energie erfordert die Entwicklung einer einfachen und zugleich an die angebotene Biomasse, z. B. Restholz, anpassbaren Vergasertechnik.
\nZiel des Forschungsvorhabens ist es, einen Biomassevergaser auf der Basis von Reaktionsrohren zu entwickeln, in dem feuchte Biomasse verwertet werden kann, der indirekt beheizt wird und dessen Produktgas f\u00fcr die motorische Verbrennung konditioniert und aufbereitet wird. Der Einsatz feuchter Biomasse erspart die externe Trocknung, und der erh\u00f6hte Wasserdampfgehalt soll gezielt zur Vergasung genutzt werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer skizzierte indirekt beheizte Biomassevergaser und die Apparate zur Abscheidung von Staub und kondensierbaren, h\u00f6heren Kohlenwasserstoffen aus dem Produktgas wurden in einem ersten Arbeitsschritt detailliert verfahrenstechnisch ausgelegt und konstruiert. Der Kooperationspartner Pr\u00fcfling GmbH unterst\u00fctzte die Konstruktion und stellte den kompletten Vergaser mit Nebenapparaten her.Anschlie\u00dfend wurde dieser als Versuchsanlage in der Versuchshalle des Instituts f\u00fcr Thermische Energietechnik aufgebaut und mit der erforderlichen messtechnischen Instrumentierung ausger\u00fcstet. Der Vergaser wurde in Betrieb genommen und experimentell untersucht. Wichtige Einflussgr\u00f6\u00dfen des Prozesses sind: die Zusammensetzung der Biomasse, die katalytische Wirkung der Asche, die Temperaturf\u00fchrung der Reaktionsrohre und das Teillastverhalten.
\nParallel wurde ein kleinerer Laborvergaser aufgebaut und zur Durchf\u00fchrung von Parameterstudien genutzt. Untersucht wurde der Einfluss der Biomasse, des Wassergehaltes und der Vergasungstemperatur auf das Gas und die Prozesstemperaturen. Die gewonnenen Betriebsdaten erm\u00f6glichen die Auswahl geeigneter Motoren f\u00fcr ein Gesamtkonzept zur Kraft-W\u00e4rme-Kopplung.
\nDie Marktf\u00e4higkeit und das Marktvolumen insbesondere in Hinblick auf die Feuerungsleistung und die Investitionskosten wurden abgesch\u00e4tzt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Der indirekt beheizte Rohrvergaser wurde f\u00fcr die Vergasung von feuchtem Buchenholz ausgelegt. Es wurden eine gasbefeuerte Technikumsanlage mit einer Feuerungsw\u00e4rmeleitung von ca. 55 kW und ein elektrisch beheizter Laborvergaser entwickelt.
\nIn 6 Versuchsreihen wurden 12 verschiedene Biomassen und Holzkohle auf ihre Eignung zur Vergasung in dem dargestellten Prozess untersucht. Buchenholz wurde unter Zugabe verschiedener Dampfstr\u00f6me und als feuchtes Buchenholz mit 30 – 45 % Wassergehalt bei Temperaturen zwischen 800 und 950\u00b0C vergast.
\nAlle untersuchten Biomassen lie\u00dfen sich als feuchte Biomassen oder als trockene Biomassen unter Zugabe von Wasserdampf zu einem Produktgas mit einem Anteil an Wasserstoff von ca. 50 % und einem Anteil an Methan von = 5 % umsetzen. Der Anteil an Kohlendioxid und Kohlenmonoxid ist stark von den Betriebsbedingungen Temperatur und Wassergehalt bzw. Dampfstrom abh\u00e4ngig. H\u00f6here Kohlenwasserstoffe konnten in der Regel mittels Gaschromatographie nicht nachgewiesen werden.
\nF\u00fcr alle Biomassen und Betriebszust\u00e4nde wurde ein Gas mit einem Brennwert im Bereich von 11 – 13,5 MJ\/m\u00b3 (STP, stickstofffrei) erzeugt. Die untersuchten Parameter Beheizungs- bzw. mittlere Reaktionstemperatur, Wassergehalt bzw. Dampfstrom und Art der Biomasse haben einen signifikanten Einfluss auf den Brennwert. Bei konstanten Betriebsbedingungen wirkt sich ein unstetiger Betrieb auf die Gasentwicklung, jedoch nicht signifikant auf den Brennwert aus.
\nDie Untersuchungsergebnisse zeigen, dass die Parameter Wassergehalt der Biomass und Kohlenmonoxid-Kohlendioxid-Verh\u00e4ltnis charakteristisch f\u00fcr den Betriebszustand sind. Eine Betriebsf\u00fchrung einer Pilotanlage d\u00fcrfte, eine hinreichend hohe Prozesstemperatur vorausgesetzt, anhand dieser Parameter m\u00f6glich sein.
\nDie Technikumsanlage wurde f\u00fcr den Betrieb im Unterdruck ausgelegt, um Leckagen von Kohlenmonoxid und Pyrolysegasen zu vermeiden. Es wurde ein ausf\u00fchrliches Sicherheitskonzept erarbeitet und dieses in einem Gutachten zum Explosionsschutz durch den T\u00dcV Bayern \u00fcberpr\u00fcft. Bei einer Pilotanlage sollte die Anlage auf den Betrieb im \u00dcberdruck ausgelegt werden, um den Aufwand f\u00fcr Sicherheitsvorkehrungen und die Regelung der Gasf\u00f6rderung zu vermindern. In diesem Zusammenhang sollten die Komponenten der Biomassezuf\u00fchrung hinsichtlich der Dichtheit und aufgetretener Schwierigkeiten bei der Dosierung \u00fcberarbeitet werden. Im Versuchsbetrieb traten Probleme mit der gleichm\u00e4\u00dfigen Beheizung der Reaktionsrohre auf.
\nEs wurde ein theoretisches Modell der indirekt beheizten Vergasung von feuchter Biomasse im Gleichstrom-Rohrreaktor zur Beschreibung des instation\u00e4ren Prozesses entwickelt. Mit diesem ist es m\u00f6glich, die Zonenverteilung von Trocknung, Pyrolyse und Vergasung im Reaktionsrohr zu beschreiben. Die Temperatur und die Gaszusammensetzung lassen sich f\u00fcr jeden Ort im Reaktor sowie f\u00fcr den gesamten Prozess vorhersagen.
\nDie Marktabsch\u00e4tzung zeigt, dass f\u00fcr das untersuchte Verfahren keine Mangelsituation hinsichtlich des Brennstoffs abzusehen ist und sich nutzerseitig gro\u00dfe Zielgruppen erschlie\u00dfen lassen. Die zu erwartenden spezifischen Produktionskosten eines Moduls liegen im Rahmen der Kostensch\u00e4tzungen anderer Anlagentypen. Abh\u00e4ngig von dem Jahresnutzungsgrad und den Brennstoffkosten ist ein wirtschaftlicher Betrieb zu erwarten.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Das Projekt wurde durch Vortr\u00e4ge, Poster, Artikel und das Internet der \u00d6ffentlichkeit pr\u00e4sentiert.
\nVortr\u00e4ge \u00fcber das Projekt wurden bei den 17. Osnabr\u00fccker Umweltgespr\u00e4chen und auf der 1st World Conference on Carbon 2000 in Berlin gehalten. Ver\u00f6ffentlichungen erfolgten in den Tagungsb\u00e4nden der 1st World Conference on Carbon 2000, der DGMK-Tagung Energetische Nutzung von Biomassen 2002 und der Zeitschrift Erd\u00f6l Erdgas Kohle im Februar 2002.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Es konnte gezeigt werden, dass die indirekt beheizte Vergasung im Festbett-Rohrreaktor technisch m\u00f6glich ist und ein aussichtsreiches Verfahren f\u00fcr Kleinvergaseranlagen (= 500 kW FWL) zum Betrieb von Blockheizkraftwerken darstellt. Bis zur Marktreife besteht allerdings noch Entwicklungsbedarf, um Probleme der gleichm\u00e4\u00dfigen Beheizung und der Zuf\u00fchrung des Brennstoffs zu l\u00f6sen.
\nDas erzeugte Produktgas besteht zu ca. 50% aus Wasserstoff und ist bei geeigneter Wahl der Betriebsparameter bis auf Spuren frei von h\u00f6heren Kohlenwasserstoffen. Bei bekanntem Wassergehalt des Brennstoffs ist das Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid-Verh\u00e4ltnis f\u00fcr den Prozess charakteristisch.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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