Entwurf eines neuen Energiegewinnungssystems auf Biomassebasis

Bei der Biomasseverbrennung handelt es sich um eine der neueren Stromquellen, die umfassend zu einer nachhaltigen Entwicklung beitragen kann. Im Rahmen des BIOHPR-Projekts hat man sich der anspruchsvollen Aufgabe der Versorgung von Biomasse-Gasturbinengeneratoren oder Brennstoffzellen mit Heizgasen gewidmet, die reich an Wasserstoff sind und hohe Heizwerte besitzen.

Biomasse wird für die Stromerzeugung über einen zweiphasigen Prozess verwendet. In der ersten Phase erfolgt die Umwandlung von Biomasse in Koks und Primärgase durch Erwärmung. Anschließend wird das Gemisch während der zweiten Phase in ein wasserstoffreiches Gas verwandelt. Der hierbei verwendete Prozess ist als Vergasung und Reforming bekannt.

Die Projektteilnehmer arbeiteten an einer neuen Konstruktion, die auf der indirekten Erwärmung eines Wirbelschichtvergasers über Hochtemperatur-Heizleitungen beruht. Das Projektteam hat 2 Prototypen mit jeweils 200kW für derartige Heizleitungsreformer entwickelt; einen für die Validierung des Konzepts und einen zur Demonstration eines ganzheitlicheren Entwurfs, bei dem auch ein Holzkohlefilter integriert ist.

Die wichtigste Herausforderung, der sich die Forscher bei der Konstruktion eines kleinen Vergasungsreaktors in einem indirekt beheizten Vergaser dieser Art stellen mussten, bestand in der Gewährleistung ausreichender Wärmeströme. Der Ansatz konzentrierte sich auf das Erreichen von hohen Wärmetransferraten zwischen der Wirbelschicht und der Oberfläche der Heizleitung sowie von hohen Wärmetransfereigenschaften in den Heizleitungen selbst.

Die Heizleitungen dringen durch die Trennplatte zwischen der atmosphärischen Brennkammer und dem Druckvergaser, was mit zusätzlichen technischen Herausforderungen verbunden ist. Die Forscher haben eine Isolierung für die Trennplatte entworfen, um Wärmeverluste zu vermeiden. Außerdem wurde ein Steam Cap System konstruiert, um die Belüftung der Wasserstoffansammlung in den Heizleitungen zu gewährleisten.

Diese neue Vergasungstechnlogie besitzt ein hohes Potenzial für die dezentralisierte Stromerzeugung in Mikroturbinen und Brennstoffzellen. Das Forschungsteam – jetzt Teil eines Management-Buy-Out-Unternehmens – ist an der Fortführung der Arbeiten durch Beratungsdienste, Demonstrationsprojekte und kommerzielle Anwendungen interessiert.