Neue Wege für die nachhaltige Nutzung von Biomasse: die Produktion von stickstofffreiem Synthesegas

18.11.2020 | Hermsdorf

 

Die thermochemische Konversion von Biomasse durch Vergasung und Pyrolyse liefert heute bereits nachhaltige Wärme und Elektrizität und kann im Fall der Pyrolyse zu Pflanzenkohle sogar negative CO2-Emissionen realisieren. Viele Anlagen arbeiten jedoch im Grenzbereich der Wirtschaftlichkeit und sind abhängig von den geeigneten politischen Rahmenbedingungen. Die Produktion von Wasserstoff, Methan oder anderen synthetischen Kraftstoffen (synfuels: Methanol, DME/OME etc.) bietet interessante Alternativen. Voraussetzung ist die Erzeugung eines N2-freien Synthesegases, indem z. B. mit Sauerstoff anstelle von Luft vergast bzw. die Pyrolysegase damit aufbereitet (Teerentfernung) werden.

 

Die energetisch effizientesten Pilotanlagen zur lokalen und frei skalierbaren Erzeugung von reinem Sauerstoff hat das Fraunhofer IKTS entwickelt [1], die Ausgründung einer Spin-Offs wird gegenwärtig vorangetrieben. Die Kosten für den benötigten Sauerstoff können so deutlich gesenkt werden, auch durch eine Investitionsförderung dieser CO2-einsparenden Technologie durch die BAFA [2] (in Deutschland). 

 

Die Skalierbarkeit der Sauerstoffversorgung ermöglicht nunmehr auch die Übertragung fortschrittlicher Oxyfuel-Kraftwerksprozesse (z. B. Allam [3] -, Graz [4] -Cycle) auf die Energieproduktion aus Biomasse, z. B. durch die Verbrennung unter Hochdruck mit gasförmigem Sauerstoff (+ Wasser) und die Entspannung der komprimierten Verbrennungsgase (nach Entstaubung) in einer Turbine. Dadurch können theoretisch elektrische Wirkungsgrade von ca. 60 % erreicht werden, ansonsten entstehen lediglich hochkonzentriertes CO2 und Wasser (kein NOx).

 

Die Weiterentwicklung dieser Kraftwerksprozesse hin zu einer Verbrennung an Sauerstoff-liefernden Keramiken ermöglicht durch eine sogenannte selbstverdichtende Verbrennung [5] elektrische Wirkungsgrade bis zu ca. 75 % [6], wie entsprechende Berechnungen und Modellierungen von Großkraftwerken belegen. Die experimentelle Umsetzung wird gegenwärtig in dem EU-Projekt HiPowAR für den synthetischen, C-freien Kraftstoff Ammoniak durchgeführt [7]. Eine Übertragung auf kleinere Anlagen zur Energieproduktion aus Biomasse erscheint möglich, erfordert aber einen erheblichen Entwicklungsaufwand. 

 

Quellen

[1] Kriegel, R., Linnekogel, F., Müller, A., Burgstedt, F.: Weltgrößte Membrananlage zur Erzeugung von Reinst-Sauerstoff. Thüringer Werkstofftag, 07. 03. 2019, Ilmenau

[2] https://www.bafa.de/DE/Energie/Energieeffizienz/Kleinserien_Klimaschutzprodukte/Sauerstoffproduk­tion/sauerstoffproduktion_node.html

[3] https://netpower.com/

[4] http://www.graz-cycle.tugraz.at/

[5] Kriegel, R.: Self pressurizing combustion for a more efficient energy production. Key Note Lecture, 15th Int. Conf. Inorgan. Membranes ICIM, 18. - 22. 06. 2018., Dresden

[6] G. Schumm: Bewertung der selbstverdichtenden Verbrennung für eine effiziente Energieumwandlung, Diplomarbeit, TU Dresden 2020

[7] https://www.ikts.fraunhofer.de/de/presse/news/2020_09_17_eu_projekt_hipowar_gestartet.html