Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gelbes Stroh statt Schwarzes Gold

07.08.2002


Forschungszentrum Karlsruhe entwickelt und testet Verfahren zur Nutzung von Biomasse als Ersatz für fossile Energieträger


Aus Holz oder Stroh wird durch Erhitzen unter Luftausschluss Pyrolyseöl und Koks gebildet und zu einem zähflüssigen, schwarzen Slurry vermischt.


Stromerzeugung, Kraftstoffersatz oder Grundlage für Chemikalien: Stroh und andere biogenen Reststoffe können fossile Energieträger ersetzen.



Durch eine verstärkte Nutzung von biogenen Rest- und Abfallstoffen wie Stroh und Restholz könnten in Deutschland beachtliche Mengen Erdöl und anderer fossiler Energieträger eingespart werden. Am Forschungszentrum Karlsruhe wurde nun ein Verfahren entwickelt, das die Nutzung von Biomasse sowohl technisch als auch logistisch und wirtschaftlich erheblich erleichtert. Das neue Konzept basiert auf der Kombination von Pyrolyse (Zersetzung beim Erhitzen unter Luftausschluss) und Gaserzeugung. Die Umsetzung erfolgt in zwei Stufen: Dezentrale Anlagen erzeugen zunächst Pyrolyseöl und Pyrolysekoks mit hoher Energiedichte, die dann als stabile Mischung mit geringen Transportkosten zu wenigen zentralen Großanlagen transportiert wird. Dort wird ein Synthesegas hergestellt, das in der chemischen Industrie als Ausgangsprodukt zur Gewinnung hochwertiger Kraftstoffe und Chemikalien dient oder direkt verstromt werden kann. Die technologische Seite des Verfahrens - die Erzeugung eines hochwertigen Synthesegases aus einer Mischung von Pyrolysekoks und Pyrolyseöl - wurde jetzt an einer verfahrenstechnisch relevanten Anlage mit 2000 kW Leistung erfolgreich demonstriert.



In Deutschland wird zur Zeit nur rund 1 % des Primärenergiebedarfs durch Biomasse - meist Holz - abgedeckt. Allein die etwa 20 Millionen Tonnen Stroh, die nicht landwirtschaftlich genutzt, sondern verbrannt oder untergepflügt werden, könnten weitere 2 % abdecken. Die deutschen Landwirte könnten durch den Verkauf dieses Überschussstrohs und weiterer Reststoffe zusätzliche Erlöse erwirtschaften. Das gesamte jährliche Aufkommen an biogenen Rest- und Abfallstoffen liegt in Deutschland bei etwa 80 Millionen Tonnen organischer Trockenmasse. Bei vollständiger Verwertung ließen sich damit 450 Liter Heizöl pro Einwohner und Jahr einsparen. Aus Bio-Reststoffen könnten damit bis zu 10 % unseres Primärenergiebedarfs gedeckt werden.

Biogene Rest- und Abfallstoffe sind kostengünstig, fallen aber auf große Flächen verteilt an und verursachen deshalb hohe Transportkosten auf dem Weg zu zentralen Verwertungsanlagen. Auch bei einer Nutzung durch Vor-Ort-Verbrennung entstehen durch viele kleine Anlagen und durch die notwendigen Schadstoffminderungsmaßnahmen hohe Kosten. Der hohe Anteil korrosiver Inhaltsstoffe beispielsweise in Stroh führt außerdem zu schnellem Anlagenverschleiß. Zur Nutzung des energetischen Potenzials biogener Stoffe bedarf es deshalb intelligenter Verfahren.

Als effiziente Lösung wurde am Forschungszentrum Karlsruhe ein zweistufiges Verfahren ausgearbeitet: Das Konzept sieht regionale Anlagen mit einem Einzugsbereich von etwa 25 km vor, in denen aus Stroh oder anderen organischen Reststoffen ein Gemisch aus Pyrolyseöl und Pyrolysekoks erzeugt wird. Dieses flüssige Gemisch, das so genannte Slurry, hat eine 10 mal höhere Energiedichte als ein Strohballen und kann deshalb kostengünstig zu einer zentralen Großanlage transportiert werden.

"Das Gemisch aus Pyrolyseöl und Pyrolysekoks, das in der ersten Stufe erzeugt wird, kann noch nicht direkt verwertet werden. Es hat eine schlammähnliche Konsistenz und erfordert spezielle Anlagen, in denen es veredelt und genutzt wird", erläutert Dr. Edmund Henrich, der das Konzept im Institut für Technische Chemie, Bereich Chemisch-Physikalische Verfahren, des Forschungszentrums entwickelt hat. "Diese technisch aufwendigen Anlagen sind aber erst ab einer bestimmten Größe wirtschaftlich. ’Small’ ist hier nicht ’beautiful’, sondern teuer."

In der zweiten Stufe kommt deshalb eine zentrale Großanlage zum Einsatz - idealerweise ein Flugstrom-Druckvergaser, wie ihn das deutsche Brennstoffinstitut Freiberg entwickelt hat und das Sekundärrohstoff-Verwertungszentrum Schwarze Pumpe großtechnisch betreibt. Demonstrationsanlagen befinden sich bei der Firma Babcock Borsig Power in Freiberg/Sachsen. Die gekühlte Konstruktion des Vergaser-Mantels erlaubt den Einsatz von Brennstoffen mit unterschiedlichsten Aschegehalten und qualitäten. Bei hohen Vergasungstemperaturen von 1200 bis 1500 °C kann mit dem Gemisch aus Pyrolyseöl und koks ein hochwertiges Synthesegas erzeugt werden, das zur Weiterverwendung in der chemischen Industrie geeignet ist. Hier ist nun der technologische Durchbruch gelungen: Wissenschaftler des Forschungszentrums Karlsruhe konnten im Rahmen einer Versuchskampagne in Freiberg erstmals zeigen, dass eine Anlage mit der verfahrenstechnisch relevanten Leistung von 2000 kW mit den Öl-Koks-Slurries bei hohem Druck und mit reinem Sauerstoff sicher betrieben werden kann. Die Anlage wird - wie vorausberechnet - auch mit den hohen Koks- und Ascheanteilen im Slurry fertig. Auf Vorschlag des Forschungszentrums wurde erstmals ein vom Anlagenbetreiber entwickelter neuer Brenner eingesetzt, in dem das Vergasungsmittel Sauerstoff zugleich die Zerstäubung der Slurries übernimmt. Das entstehende Synthesegas ist teerfrei. Es kann in der chemischen Industrie als Ausgangsprodukt zur Erzeugung hochwertiger Kraftstoffe oder Chemikalien eingesetzt oder auch direkt verstromt werden.

Bisher hatte man sich bemüht, mit erheblichem Aufwand durch zusätzliche Aufbereitungsverfahren oder schon bei der Pyrolyse so reine Öle herzustellen, dass sie als Kraftstoffe für stationäre Turbinen und Dieselmotoren brauchbar sind. Durch die Flugstrom-Druckvergasung wird dieser Aufwand überflüssig.

Das Verfahren ist für alle zerkleinerten, trockenen biogenen Reststoffe geeignet. Dadurch wird das Spektrum der hochwertig nutzbaren Biomasse erheblich erweitert: Nicht nur Stroh, sondern auch andere Restbiomasse aus der Landwirtschaft wie als Futter unbrauchbares Heu, aber auch Holz sowie Papier- und Pappeabfälle, die im Wesentlichen aus Zellulosefasern bestehen, werden damit einer effizienten Verwertung zugänglich. Die Erzeugung von Synthesegas ermöglicht gerade bei schwierigen Biobrennstoffen wie Stroh eine flexiblere und umweltverträglichere Nutzung als die Verbrennung.

Verfahrensführung

Im ersten Verfahrensschritt wird die zerkleinerte, trockene Biomasse mit heißem Sand als Wärmeträger gemischt. Innerhalb weniger Sekunden erfolgt die Aufheizung (auf rund 500 °C) und Zersetzung der Partikel. Unter diesen Bedingungen entsteht hauptsächlich Pyrolyseöl und ein geringerer Anteil Pyrolysekoks. Der kleine Brenngasanteil wird zur Heizung der Anlage genutzt. Der Koks wird vermahlen und im Pyrolyseöl aufgeschlämmt; aufwendige Aufbereitungs- und Reinigungsverfahren entfallen.

Im zweiten Verfahrensschritt wird der Slurry in einen Flugstrom-Druckvergaser gepumpt und dort bei einem hohen Druck von 25 bar und mehr mit Sauerstoff bei ca. 1300 °C innerhalb von 2 bis 3 Sekunden in ein Synthesegas umgewandelt. Der hohe Druck beschleunigt die Vergasung, erleichtert die anschließende Synthesegas-Reinigung und macht eine aufwendige Gaskompression vor der Kraftstoff- oder Chemikalienerzeugung überflüssig.

Im Forschungszentrum wurden Voruntersuchungen zur Schnellpyrolyse und zur Herstellung und Zerstäubung der Schlämme durchgeführt. Nachdem jetzt die technische Machbarkeit des entscheidenden Verfahrensschrittes durch die Versuchskampagne in Freiberg abgesichert worden ist, wird das Verfahren mit Nachdruck weiter entwickelt. Die verschiedenen chemischen, verfahrenstechnischen und ökonomischen Aspekte des Verfahrens werden im Forschungszentrum Karlsruhe von einem interdisziplinären Arbeitsteam "Synthesegas aus Biomasse" bearbeitet. Entsprechende Technikums- und Versuchsanlagen sind im Forschungszentrum im Aufbau. Diese Arbeiten werden vom baden-württembergischen Ministerium für Ernährung und Ländlichen Raum (MLR) finanziell unterstützt.

Inge Arnold | idw

Weitere Berichte zu: Biomasse Pyrolysekoks Pyrolyseöl Synthesegas

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Faszination Weltall - Erlanger Forscher züchten Kristalle in der Schwerelosigkeit
15.06.2018 | Fraunhofer IISB

nachricht FlexFuture! Biogas sorgt für stabile Netze
11.06.2018 | Deutsches Biomasseforschungszentrum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Im Focus: First real-time test of Li-Fi utilization for the industrial Internet of Things

The BMBF-funded OWICELLS project was successfully completed with a final presentation at the BMW plant in Munich. The presentation demonstrated a Li-Fi communication with a mobile robot, while the robot carried out usual production processes (welding, moving and testing parts) in a 5x5m² production cell. The robust, optical wireless transmission is based on spatial diversity; in other words, data is sent and received simultaneously by several LEDs and several photodiodes. The system can transmit data at more than 100 Mbit/s and five milliseconds latency.

Modern production technologies in the automobile industry must become more flexible in order to fulfil individual customer requirements.

Im Focus: ALMA entdeckt Trio von Baby-Planeten rund um neugeborenen Stern

Neuartige Technik, um die jüngsten Planeten in unserer Galaxis zu finden

Zwei unabhängige Astronomenteams haben mit ALMA überzeugende Belege dafür gefunden, dass sich drei junge Planeten im Orbit um den Säuglingsstern HD 163296...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz – Schafft der Mensch seine Arbeit ab?

15.06.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Asteroidenforschung in Garching

13.06.2018 | Veranstaltungen

Meteoriteneinschläge und Spektralfarben: HITS bei Explore Science 2018

11.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

EMAG auf der AMB: Hochproduktive Lösungen für die vernetzte Automotive-Produktion

15.06.2018 | Messenachrichten

AchemAsia 2019 in Shanghai

15.06.2018 | Messenachrichten

Dem Fettfinger zu Leibe rücken: Neuer Nanolack soll Antifingerprint-Oberflächen schaffen

15.06.2018 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics