Die Arbeitsschwerpunkte der Abteilung Dezentrale Energieumwandlung (DEU) liegen in der
Optimierung von Verbrennungs- und Vergasungsverfahren im Bereich der dezentralen Erzeugung von
Wärme und Strom aus biogenen und fossilen Brennstoffen. Auf Grundlage langjähriger Arbeiten hat die
Abteilung umfangreiche Erfahrungen auf dem Gebiet der flammlosen Verbrennung und der
Wirbelschichttechnologie gesammelt. Basierend auf der Wirbelschicht werden neue Verfahren für die
CO2-freie Stromerzeugung aus Kohle entwickelt. Für die experimentellen Untersuchungen stehen
verschiedene Versuchsanlagen zur Verfügung (mehrere Wirbelschichtanlagen, Kaltmodelle,
Bioölbefeuerte Kälteanlage, flammlose Brenner für Schwachgase, Bioöle und Kohlenstaub). Aktuell
werden folgende Schwerpunkte bearbeitet:
CO2-Abscheidung und Speicherung (CCS)
Calcium Looping (CO2-Abscheidung nach der Verbrennung) – Abscheidung von CO2 aus
Kraftwerksrauchgasen mit Hilfe von natürlichem Kalkstein
Chemical Looping (Verbrennung mit reinem Sauerstoff) – Verbrennung von Kohle mit reinem
Sauerstoff. Dieser wird durch Metalloxide bereitsgestellt
Oxyfuel CFB (Verbrennung mit reinem Sauerstoff) - Verbrennung von Kohle mit reinem Sauerstoff
in einer zirkulierenden Wirbelschicht
Vergasung
Sorption Enhanced Reforming (SER) – Vergasung von festen Brennstoffen (Biomasse, Kohle) zur
Erzeugung eines wasserstoffreichen Produktgases
Luftvergasung von biogenen Brennstoffen
Grundlagenuntersuchungen zur Entstehung und Umwandlung von Teeren in Vergasern
Verbrennung
Flammlose Verbrennung von gasförmigen, flüssigen und festen Brennstoffen
Verbrennung von festen Brennstoffen (RDF, Biomasse, Kohle) in einer Wirbelschicht
CATS (Industrie) -
CaO als CO2-Trägermaterial zur CO2-freien Kohleverstromung
Der Calcium Looping Prozess ist ein neuartiges Verfahren zur effizienten Abscheidung von CO2
aus Verbrennungsabgasen. Ziel des CATS Projektes ist die Demonstration des Calcium Looping
Prozesses im Pilotmassstab mit einer Leistung von 200 kWth. Zum Zweck der Erprobung wurde am
Institut eine Pilotanlage, bestehend aus zwei gekoppelten dualzirkulierenden
Wirbelschichtreaktoren, errichtet. Die Erkenntnisse aus einer erfolgreichen Demonstration des
Calcium Looping Prozesses werden für die Auslegung einer 20 MWth – Anlage benutzt werden.
Im Rahmen des BIO-COOL Projektes wurde eine Anlage zur Wärme- und Kälteerzeugung durch die
energetische Nutzung von Biomasse errichtet. Diese ökologisch und wirtschaftlich interessante
Alternative kombiniert und adaptiert die flammenlose Verbrennung mit einer
Resorptionskältemaschine. Durch die flammenlose Verbrennung wird der Heizwert von Brennstoff
niedriger Qualität genutzt, um eine Kältemaschine anzutreiben, die bei aktuellem Stand der
Technik ebenso die Verwendung von Abwärme oder Solarenergie zur Kälteerzeugung ermöglichen
könnte.
Ziel des Vorhabens ist es, einen neuen Kohlenstaub-Brenner basierend auf der FLOX-Technologie
(FLameless OXidation) zu entwickeln. Durch die Entwicklung und Erprobung eines Brenners im
halbtechnischen Maßstab werden die Rahmenbedingungen für entsprechende Brennerkonzepte untersucht.
Basierend auf den experimentellen Untersuchungen sollen die Machbarkeit und die Vorteile gegenüber
konventionellen Brenner unter realen Bedingungen herausgearbeitet und nachgewiesen werden.
Weiterhin soll der Einfluss einer Umstellung auf FLOX-Befeuerung auf den Kraftwerksbetrieb bewertet
und entsprechende Feuerungskonzepte unter Anwendung entwickelter Bewertungskriterien abgeleitet
werden.
BtG-BS-flex (BMU) -
FuE - Plattform "BtG" - Energetische Nutzung biogener Reststoffe mit AER-Technologie - Modul
F1: Brennstoff-Flexibilisierung
Das übergeordnete Ziel des Forschungsmoduls F1 „Brennstoff-Flexibilisierung“ ist eine
Potentialerschließung von Biomassesorten aus dem Biosphärengebiet Schwäbische Alb, um deren
Einsatzmöglichkeit in der AER-Demonstrationsanlage zu beurteilen. In diesem Modul werden biogene
Brennstoffe, welche nicht unmittelbar in Konkurrenz zur Nahrungsmittel- und Wärmeerzeugung stehen
(z.B. Landschaftspflegematerial, landwirtschaftliche Reststoffe usw.) auf ihre Vergasbarkeit unter
AER Bedingungen untersucht.
CLOCK (COORETEC) -
Chemical Looping Combustion von Kohle zur CO2-Abscheidung in atmosphärischen
Wirbelschichtreaktoren für einen Dampfkraftprozess
Der Chemical Looping Combustion (CLC)-Prozess dient der CO2-armen Stromerzeugung aus Kohle. Ein
Sauerstoffträger wird zwischen zwei Wirbelschichtreaktoren zirkuliert und im Luftreaktor mit Luft
oxidiert und im Brennstoffreaktor mit Kohle reduziert. Im Brennstoffreaktor entsteht ein Rauchgas,
das hauptsächlich aus CO2 besteht. Nach dem Auskondensieren des Wasserdampfes kann der CO2-Strom
gereinigt, komprimiert und der Speicherung zugeführt werden. Im Vergleich zum Oxyfuel-Prozess wird
keine kryogene Luftzerlegungsanlage benötigt was elektrische Wirkungsgrade ähnlich denen
traditioneller Kraftwerke ermöglicht.
Im Rahmen des CLOCK-Projekts werden zum einen experimentelle Untersuchungen zu synthetischen
und natürlichen Sauerstoffträgern und zum anderen berechnende Untersuchungen zum großtechnischen
Potential des Prozesses durchgeführt.
Am IFK werden die Untersuchungen zum natürlichen Sauerstoffträger an einer gekoppelten
Wirbelschichtanlage durchgeführt, um den Brennstoffumsatz zu optimieren sowie die optimalen
Betriebsbedingungen für den CLC-Prozess mit Kohle zu bestimmen.
CaOling (EU) -
Development of postcombustion CO2 capture with CaO in a large testing facility
Ziel des Projekts ist die Skalierung auf die nächste Anlagengröße eines der
vielversprechendsten Konzepte zur CO2-Abscheidung von Kohlekraftwerken – des Post-Combustion
Calcium Looping Systems. Fokus ist die Versuchsdurchführung im Pilot-Maßstab und die Skalierung des
Prozesses auf einen Maßstab von 1 MW. Die 1 MW-Calcium Looping-Anlage wird im 50 MWe-Hunosa
Kohlekraftwerk „La Pereda“ (zirkulierende Wirbelschicht) gebaut. Dabei wird ein Teil des
Abgasstroms des kommerziellen Kraftwerks genutzt. Zu Teilen wird das Projekt im Rahmen des FP7 der
Europäischen Kommission gefördert.
ADECOS ZWSF (COORETEC) -
Weiterentwicklung und Untersuchung des Oxyfuel-Prozesses mit Zirkulierender Wirbelschicht
Feuerung auf Realisierbarkeit und Wirtschaftlichkeit
Eine Möglichkeit zur CO2-Abscheidung bei konventionellen Kraftwerken besteht darin, den
Brennstoff mit reinem Sauerstoff zu verbrennen. Das auf diese Weise erzeugte Rauchgas besteht
hauptsächlich aus CO2, das verflüssigt und der Speicherung zugeführt werden kann. Dieser sog.
Oxyfuel-Prozess wurde bisher nur für Kohlestaubfeuerungen untersucht. Ziel dieses Projektes ist es
diesen Prozess für die zirkulierende Wirbelschichtfeuerung zu untersuchen. Diese ermöglicht höhere
Sauerstoffkonzentrationen in der Brennkammer als bei der Kohlestaubfeuerung und somit eine
Verringerung des Wirkungsgradverlustes bei der Oxyfuel-Verbrennung.
Bioenergie 2021 (BMBF) -
Innovative Erzeugung von gasförmigen Brennstoffen aus Biomasse
Ziel des geplanten Verbundvorhabens ist es, unter optimierter energetischer und stofflicher
Ausnutzung gasförmige Brennstoffe wie synthetisches Erdgas (SNG) oder Wasserstoff aus Biomasse zu
erzeugen. Als Konversionsverfahren werden sowohl die fermentative Umwandlung zu Biogas als auch die
thermochemische Umwandlung durch Vergasung betrachtet. Als Einsatzstoffe sollen neben anaerob
vergärbarer „feuchter“ Biomasse lignocellulosehaltige „trockene“ Biomassen wie beispielsweise Holz
und Stroh zum Einsatz kommen.
CAL-MOD (EU) -
Modelling and experimental validation of Calcium Looping CO2-capture process for near-zero CO2
emission power plants
Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Validierung von erweiterten Modellierungs- und
Simulationsprogrammen, die zur Implementierung das Calcium Looping (CaL) Prozesses im industriellen
Maßstab benötigt werden. Die Entwicklung von realistischen Prozess- und Dampfkreislaufmodellen
sowie der Betrieb im Labormaßstab und die industrielle Expertise ermöglichen die Erstellung von
Richtlinien für das Design und die Dimensionierung von CaL-Systemen im industriellen Maßstab. Eine
techno-ökonomische Studie, welche die Integration eines Zementwerks beinhaltet, wird in Bezug auf
ein existierendes mittelgroßes Kraftwerk, sowie in Bezug auf ein neues, dem Stand der Technik
entsprechenden Großkraftwerkes, durchgeführt. Das Projekt wird im Rahmen des RFCS-Programms der
Europäischen Kommission gefördert und am IFK wissenschaftlich und administrativ koordiniert.
DLR@UniST (Land Baden-Württemberg) -
Gemeinsam die Zukunft gestalten
Entwicklung und Realisierung eines integrierten, verfahrenstechnischen Konzepts zur
Aufbereitung und Konversion von Biomasse zur Herstellung gasförmiger Brennstoffe und deren
Verstromung in Brennstoffzellen- und Gasturbinensystemen.
Cluster I (MLR) -
Systemanalyse Erzeugung und Nutzung biogener Gase in Baden-Württemberg
Das Ziel des Projektes ist die Potenziale, Prozessketten und Technologien zur Erzeugung und
energetischen Nutzung biogener Gase zu untersuchen und im Vergleich mit anderen Prozessen und
Technologien zur Energieversorgung in Baden-Württemberg einzuordnen. Dabei nimmt das Projekt
besonders Bezug auf die praktischen Versuche und Untersuchungen im Rahmen der Forschungsplattform
Baden-Württemberg, der Biogasanlage an den „unteren Lindenhöfen“, der Bioliq-Anlage am
Forschungszentrum Karlsruhe und der im Entstehen begriffenen Holzvergaseranlage in
Geislingen-Türkheim.
Brennstoffflex (MWK/Industry) -
Brennstoffflexibilisierung für Kombi-Kraftwerke mit der Option eines CO2- freien Betriebs. Teil
A: Erzeugung wasserstoffreicher Gase aus festen Brennstoffen in einem kommunizierenden
Wirbelschichtreaktor - Absorptionsgestützte Reformierung von Biomasse und Braunkohle
Für das Brennstoffflex-Projekt wurde eine aus zwei gekoppelten Wirbelschichtreaktoren
bestehende auf dem SER-Verfahren (Sorption Enhanced Reforming) basierende Vergasungsanlage im
Pilotmaßstab ausgelegt, konstruiert und schlussendlich 2010 in Betrieb genommen. Im Rahmen mehrere
Wochen dauernder Messkampagnen wurde die praktische Durchführung des Prozesses auf einer Anlage
dieses Maßstabs gezeigt. Im Betrieb wurde ein wasserstoffreiches Produktgas mit hohen Heizwerten
hergestellt, das für die Erzeugung von SNG oder die Verbrennung in Gasmotoren oder Gasturbinen
genutzt werden kann. Des weiteren wurde anhand der Ergebnisse und der Erfahrungen aus dem Betrieb
der Pilotanlage ein Design für eine kommerzielle Anlage erstellt.
