Projekt 29449/01

Untersuchung und Weiterentwicklung eines dezentralen Biomassevergasers nach dem RATIOTECH-Verfahren

Projektträger

RATIOTECH Blockheizkraftwerk-Handelsgesellschaft mbH
Okerring 14a
38536 Meinersen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Fa. RATIOTECH entwickelte einen Pyrolyseapparat, welcher die wirtschaftliche Anwendung kleiner Blockheizkraftwerke ermöglichen soll. Es handelt sich um ein neues und in der Fachliteratur noch nicht beschriebenes Gaserzeugungsverfahren. Die technische Machbarkeit wurde in einem NBank-Vorhaben gezeigt. Innovatives Kennzeichen ist, dass durch das Wärmeträgermedium Zinn auf einer Reaktionstemperatur von z. B. 900 °C ein qualitativ hochwertiges Produktgas mit geringen Teergehalten erzielbar ist.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Vorhaben bediente sich einer Kombination aus Experimenten und der chemisch-physikalischen Modellierung. Mehrere Arbeitspakete (AP) waren vorgesehen. Die Aufgaben von RATIOTECH bestanden darin, die Funktionalität durch apparatetechnische Verbesserungen zu sichern (AP1), die Prozessstabilität zu erhöhen (AP2) und die Gasausbeute zu maximieren (AP3). CUTEC sollte im AP4 den Rohbau eines physikalisch-chemischen Modells erstellen, die Baugruppe Gaserzeuger mit Betriebsdaten validieren (AP5), eine erforderliche Gasreinigung entwerfen (AP6), Ideen für das Recyceln der anfallenden Aschen aufzeigen (AP7) sowie eine Modellanlage konzeptionieren und an ihr Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen durchführen (AP8).


Ergebnisse und Diskussion

AP 1, 2 + 3: Eine deutlichen Steigerung der Funktionalität und Prozessstabilität wurde u. a. durch das Ausgießen des Reaktors mit Feuerfestbeton, eine geänderte Zuführung der Heizrohre und eine Neukonstruktion des Deckels erreicht. Mit den eingesetzten Biomassen wurden Gehalte an Synthesegas (CO und H2) im Produktgas von 68 bis 81 Vol.-% erzielt.
AP 4 + 5: Die Modellierung des Pyrolyse-Prozesses erfolgte mit einem Gleichgewichts- und einem Gibbs-Reaktor. Für die Gasreinigung konnten in ChemCAD integrierte Bausteine genutzt werden. Für die Stromerzeugung wurden die Alternativen BHKW und Brennstoffzelle in das Gesamtmodell eingebaut. Die Betriebsdaten wurden genutzt, um Konstanten des Modelles zu ermitteln. Somit war es möglich, Sensitivitätsanalysen für die Teerbildung und die Gaserzeugung durchzuführen.
AP 6: Die an der Versuchsanlage verbaute Gasreinigung zeigte eine hohe, jedoch noch nicht ausreichende Reinigungskraft. Für einen Betrieb mit BHKW wird zusätzlich ein Nass-Elektrofilter notwendig sein. Ein zur Schwefelentfernung zur Verfügung gestellter Feststoff-Absorber zeigte sehr gute Ergebnisse. Das entwickelte Konzept der Gasreinigung beinhaltet damit eine mehrstufige, aber einfache Apparateausführung.
AP 7: Versuche, Zinn elektrolytisch aus der noch kohlenstoffreichen Asche zu entfernen, führten zu sehr geringen Ausbeuten. Ähnlich sah es mit der mechanischen Zerkleinerung aus. Das Konzept der Demonstrationsanlage sieht vor, die Asche zu verbrennen. Das Gas wird nun abgekühlt und dabei kondensiert das Zinn. Mit der dann einfacheren Mischung mit Mineralien soll die Aufbereitung in Projektphase B erneut untersucht werden.
AP 8: Die Modellanlage sieht den Pyrolyse-Reaktor, eine Kühlschnecke, einen mit RME betriebenen Elektrofilter und abschließend einen Schwefelabsorber vor. Die Stromerzeugung erfolgt im BHKW. Für eine Modellanlage mit einer elektrischen Kapazität von 25 kWel ergab sich ein elektrischer Wirkungsgrad von 21,4 %, zusammen mit der Abwärmenutzung in Höhe von 48,5 % ein Gesamtwirkungsgrad von 70 %. Durchgeführt wurden Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen mit einer dynamischen Methode. Bei der Variante 20 kWel ergab sich aus Kostenermittlungen ein Invest in Höhe von 286.000,- €. Die Wirtschaftlichkeit war damit nicht gegeben. Mit einer Variante 50 kWel konnte das jährliche Minus deutlich reduziert werden. Mit einer anwendungsbezogenen Konstruktion ist zu erwarten, dass die RATIOTECH-Technologie in den nächsten Jahren attraktiv werden kann.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Präsentation im Rahmen des Workshops Fließschemasimulation in der Energietechnik am DBFZ
Das Vorhaben wurde in den CUTEC-News (Ausgabe 02/2012) vorgestellt.
Müller, H.; Vodegel, S.: Abfallbiomasse für die Stromversorgung, Wasser und Abfall, (5) 2013, S. 28-31


Fazit

Die Projektphase A führte zu der gewünschten deutlichen Erhöhung von Funktionalität und Prozessstabilität. Die Erwartungen an die Gasqualität, welche mit verschiedenen Biomassen erzielbar ist, wurden nicht nur erfüllt, sondern sogar noch übertroffen.
Eine einfache, der Anlagengröße angepasste Gasreinigung konnte entwickelt werden.
Im Falle der Fortführung des Vorhabens in einer Phase B müssen die Punkte Zinnascherecycling, Zinnemissionen, Prozessautomatisierung und kostengünstige Konstruktion Schwerpunkte bilden. Dann besitzt das RATIOTECH-Verfahren gute Chancen, auf dem in den letzten drei Jahren stark expandierenden Markt für kleine, dezentrale Energieerzeugungseinheiten Fuß zu fassen.

Übersicht

Fördersumme

124.733,00 €

Förderzeitraum

07.12.2011 - 15.01.2013

Bundesland

Niedersachsen

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung