Optische Analysen machen Kraftwerke effizienter

Damit können Kraftwerksbetreiber ihre Brennparameter besser auf die Güte des Brennstoffs abstimmen. Im Labor wurde die Machbarkeit bereits nachgewiesen. Für 2011 ist eine erste Pilotanlage geplant. Der Einsatz in Biogasanlagen wird derzeit geprüft.

Die Effizienz eines Kohlekraftwerks hängt von der Qualität des Brennstoffs ab, die zum Beispiel je nach Herkunftsregion variiert. Kohle mit niedrigem Brennwert reduziert die Leistung des Kraftwerks, so dass die Kohlemenge im Brenner erhöht werden muss.

Die Abgasreinigung könnte ebenfalls optimal eingestellt werden, wenn für jede Kohleladung der Schwefelgehalt genau bekannt wäre. Zudem ließe sich die Schlackenbildung besser kontrollieren, wegen derer das Kraftwerk regelmäßig gewartet wird. Solche Analysen sind aber aufwändig – um den Brennwert zu bestimmen, wird die Kohle beispielsweise in einem Kalorimeter verbrannt und die freiwerdende Wärme gemessen.

Eine Alternative ist die Infrarot-Spektroskopie. Sie basiert darauf, dass Moleküle charakteristische Lichtspektren emittieren, wenn sie mit infrarotem Licht bestrahlt werden. Diese Spektren liefern Informationen über chemische Bindungen in der Probe, woraus auf bestimmte Elemente oder Stoffgruppen geschlossen werden kann. Die Forscher von Siemens Corporate Technology (CT) können deshalb nicht nur den Kohlenstoff-, Schwefel- und Wassergehalt der Probe bestimmen, sie können aus der Art der Bindungen sogar direkt auf den Brennwert schließen. Um eine wirtschaftliche Lösung zu bieten, setzen sie auf relativ günstige Spektrometer im nahen infraroten Wellenlängenbereich (NIR). Deren Spektren sind allerdings schwer auszuwerten, weil sich die Signale überlagern, die von einzelnen Bindungstypen herrühren. Siemens CT hat daher mit Methoden der statistischen Mathematik ein Verfahren entwickelt, das anhand von Referenzmessungen an bekannten Proben charakteristische Kurvenformen für die gesuchten Elemente identifiziert.

Mit der neuen Analysemethode messen die Forscher auch den Säuregehalt in Fermentern von Biogasanlagen. Der Parameter ist ein wichtiges Indiz für ein drohendes Absterben der Bakterien und damit ein Abschalten der Anlage. Im Sommer 2010 startet hierzu ein Pilotprojekt, das vom Technologie- und Förderzentrum des Freistaates Bayern gefördert wird. (RN 2010.06.1)