Biomasse: Eine praxistaugliche und emissionsfreie Bio-Energiequelle

Mit Blick auf die Vorgaben des Kyoto-Protokolls wurde in einem von der EU finanzierten Projekt gezielt die Brauchbarkeit von Biomasse bezüglich der chemischen Zusammensetzung und der Verbrennungsbedingungen eingehend untersucht.

Biomasse unterliegt starken Schwankungen der Qualität und Quantität und weist unter Umständen hohe Konzentrationen von Alkalimetallen wie Natrium, Kalium, Schwefel und Chlor auf. Überdies kann die Verbrennung solcher Bio-Brennstoffe mit erheblichen SO2-Emissionen verbunden sein und im Anlagenbetrieb zu großen Problemen wie z.B. Korrosion führen. Eine Entschärfung dieser Probleme wird also letztlich zu geringeren Kosten, mehr Effizienz, weniger Emissionen und höheren Einsparungen bei Kraftwerken führen, die mit Biomasse beschickt werden.

Detailkenntnisse auf dem Gebiet der Alkalichemie können die Entwicklung geeigneter und kostengünstiger Maßnahmen ermöglichen. So stellen beispielsweise schon einfache betriebliche Änderungen zum Ausfiltern von SO2 am Brennraumboden und aus der Flugasche eine einfache und kostengünstige Alternative dar. Darüber hinaus können solche Maßnahmen auch zu einer wirksamen Verringerung der durch Alkalisubstanzen hervorgerufenen Korrosionserscheinungen führen, was wiederum der Betriebssicherheit zugute kommt und die Möglichkeit bietet, den Strohanteil in den Verbrennungsprozessen zu erhöhen.

In der Versuchsreihe mit der Bezeichnung HIAL wurde die Verbrennungschemie und insbesondere die Freisetzung von Alkalimetallen, Schwefel und Chlor untersucht. Dabei wurden verschiedene Arten von Strohproben unterschiedlicher Herkunft in Verbindung mit hochalkalischen Brennstoffen unterschiedlicher Elementzusammensetzung verwendet. Die ausgewählten Proben wurden in fortschrittlichen chemischen Analysen sowie unter Einsatz von Röntgendiffraktionstechniken charakterisiert. Zur Spezifizierung der bei der Freisetzung dieser Substanzen wirksamen Mechanismen wurden diese während des Projekts in Verbrennungssystemen nach modernsten Verfahren der Massenspektrometrie studiert.

Wie die Studie zeigte, sind sowohl die Verbrennungstemperatur als auch die chemische Bindung von Schwefel und Chlor in der Biomasse wichtige Parameter für die Freisetzung von SO2 und HCl. Auch eine Konzentration von Kaliumsulfaten senkt die Freisetzung von SO2. Umgekehrt jedoch ist die Freisetzung von Kalium vom Chlorgehalt abhängig. Außerdem begünstigt Siliziumdioxid die Freisetzung von SO2, während dieser Stoff durch Co-Verbrennung einen negativen Einfluss auf die SO2-Freisetzung und einen positiven auf die Freisetzung von Alkalisubstanzen hat. Alle gefundenen Daten können in Vorhersagemodellen für solche Freisetzungen unter verschiedenen Verbrennungbedingungen und bei unterschiedlichen Brennstoffzusammensetzungen weiter verwendet werden.

Kontakt:

Prof. Klaus Hilpert
Forschungszentrum Juelich GmbH
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