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 SEEDs – Intelligente Batterien mit zellinterner Sensorik
25.07.2017 | Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC

nachricht Power-to-Liquid: 200 Liter Sprit aus Solarstrom und dem Kohlenstoffdioxid der Umgebungsluft
24.07.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

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: Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

Starke Licht-Materie-Kopplung in diesen halbleitenden Röhrchen könnte zu elektrisch gepumpten Lasern führen

Auch durch Anregung mit Strom ist die Erzeugung von leuchtenden Quasiteilchen aus Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich....

Im Focus: Carbon Nanotubes Turn Electrical Current into Light-emitting Quasi-particles

Strong light-matter coupling in these semiconducting tubes may hold the key to electrically pumped lasers

Light-matter quasi-particles can be generated electrically in semiconducting carbon nanotubes. Material scientists and physicists from Heidelberg University...

Im Focus: Breitbandlichtquellen mit flüssigem Kern

Jenaer Forschern ist es gelungen breitbandiges Laserlicht im mittleren Infrarotbereich mit Hilfe von flüssigkeitsgefüllten optischen Fasern zu erzeugen. Mit den Fasern lieferten sie zudem experimentelle Beweise für eine neue Dynamik von Solitonen – zeitlich und spektral stabile Lichtwellen – die aufgrund der besonderen Eigenschaften des Flüssigkerns entsteht. Die Ergebnisse der Arbeiten publizierte das Jenaer Wissenschaftler-Team vom Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT), dem Fraunhofer-Insitut für Angewandte Optik und Feinmechanik, der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Helmholtz-Insituts im renommierten Fachblatt Nature Communications.

Aus einem ultraschnellen intensiven Laserpuls, den sie in die Faser einkoppeln, erzeugen die Wissenschaftler ein, für das menschliche Auge nicht sichtbares,...

Im Focus: Flexible proximity sensor creates smart surfaces

Fraunhofer IPA has developed a proximity sensor made from silicone and carbon nanotubes (CNT) which detects objects and determines their position. The materials and printing process used mean that the sensor is extremely flexible, economical and can be used for large surfaces. Industry and research partners can use and further develop this innovation straight away.

At first glance, the proximity sensor appears to be nothing special: a thin, elastic layer of silicone onto which black square surfaces are printed, but these...

Im Focus: 3-D scanning with water

3-D shape acquisition using water displacement as the shape sensor for the reconstruction of complex objects

A global team of computer scientists and engineers have developed an innovative technique that more completely reconstructs challenging 3D objects. An ancient...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

2. Spitzentreffen »Industrie 4.0 live«

25.07.2017 | Veranstaltungen

Gipfeltreffen der String-Mathematik: Internationale Konferenz StringMath 2017

24.07.2017 | Veranstaltungen

Von atmosphärischen Teilchen bis hin zu Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen

24.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

IT-Experten entdecken Chancen für den Channel-Markt

25.07.2017 | Unternehmensmeldung

Erst hot dann Schrott! – Elektronik-Überhitzung effektiv vorbeugen

25.07.2017 | Seminare Workshops

Dichtes Gefäßnetz reguliert Bildung von Thrombozyten im Knochenmark

25.07.2017 | Biowissenschaften Chemie