Die Arbeitsschwerpunkte der Abteilung Dezentrale Energieumwandlung (DEU) liegen in der Optimierung von Verbrennungs- und Vergasungsverfahren im Bereich der 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 Hochtemperatur-Wirbelschichttechnologie gesammelt. Mit Hilfe von Wirbelschichtverfahren werden neue Prozesse für die CO2-freie Stromerzeugung aus festen Brennstoffen (Kohle, Biomasse) 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:
![von LeJean Hardin and Jamie Payne derivative work: Jarl Arntzen (Diskussion) [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons](https://www.ifk.uni-stuttgart.de/forschung/dezentrale-energieumwandlung/_img_/530px-Carbon_sequestration-2009-10-07.svg.png?__scale=w:1000,h:1000,q:100,t:3)
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
- Oxy-Fuel-Wirbelschichtverbrennung - Verbrennung von Kohle mit reinem Sauerstoff in einer zirkulierenden Wirbelschicht
Vergasung
- Sorption Enhanced Gasification (SEG) – Vergasung von festen Brennstoffen (Biomasse, Kohle) zur Erzeugung eines wasserstoff- und heizwertreichen Produktgases
- Luftvergasung von biogenen Brennstoffen
- Grundlagenuntersuchungen zur Entstehung und Umwandlung von Teeren bei der Vergasung
- Untersuchungen zur Reduktion problematischer Verunreinigungen (z.B. Teere, H2S) im Produktgas
Verbrennung
- Flammlose Verbrennung von gasförmigen, flüssigen und festen Brennstoffen
- Wirbelschichtverbrennung von festen Brennstoffen (RDF, Biomasse, Kohle)
Laufende Projekte
Link: https://hyfuelup.eu/
Im vom BMWi geförderten Forschungsprojekt Bio2SNG soll die CoMBPres-Vergasung weiterentwickelt und umfassend experimentell charakterisiert und validiert werden. Das CoMBPres-Verfahren (Combined Methanation and Biomass Gasification enabled through high Pressure) ist ein innovatives Vergasungsverfahren unter hohem Druck zur direkten thermochemischen Konversion biogener Rest- und Abfallstoffen zu Methan bzw. Bio-SNG (SNG: Synthetic Natural Gas). Durch geschickte, prozessinterne Nutzung der freiwerdenden Methanisierungsenthalpie und Integration in die endotherme Vergasungsreaktion ist dabei ein um bis zu 20 % höherer Umwandlungswirkungsgrad gegenüber bisherigen Bio-SNG-Verfahren erreichbar.
Hauptgegenstand des Forschungsprojekts ist die experimentelle Validierung bisheriger theoretischer Erkenntnisse zur CoMBPres-Vergasung unter realistischen Prozessbedingungen bei bis zu 400 bar und 900 °C. Die Experimente werden mit der speziell für diese Hochdruck-Wasser-Vergasung trockener Biomasse entwickelten Hochdruckversuchsanlage durchgeführt.
Durch die Entwicklung, Konstruktion, Fertigung, Analyse und Optimierung einer spezifischen Vorrichtung zur Hochdruck-Biomassedosierung bis hin zur Marktreife, sowie die Konzeptionierung von Produktgaswärmetauschern werden noch offene Punkte auf dem Weg hin zu einer ersten CoMBPres-Pilotanlage mit abgedeckt.
Bearbeiter: Gebhard Waizmann
Projektdauer: 36 Monate
Im EU-Projekt BackCap, welches durch den "Research Fund for Coal and Steel" gefördert wird, geht es um die CO2 Abscheidung von Abgasen mittel Calcium Looping.
Betrachtet werden dabei konventionelle, amortisierte Kraftwerke, welche in Zukunft als Back-Up zur regenerativen Stromversorgung laufen und dekarbonisiert werden sollen.
Der hier zu untersuchende Prozess zielt somit auf eine flexiblere CO2 Abscheidung ab, welche mittels des Sorbens Ca(OH)2 geschehen soll. Am IFK werden hierzu Versuche im Labormaßstab (TGA) sowie im hauseigenen Flugstromreaktor durchgeführt.
Bearbeiter: Nico Mader
Projektdauer: 3 Jahre
Link: https://delegacion.asturias.csic.es/backcap/
Abgeschlossene Projekte
Bei NuCA handelt es sich um ein durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördertes Projekt, in dem die Nutzbarkeit von Sekundärbrennstoffen (SRF - Solid Recovered Fuel) zur Oxy-Fuel-Verbrennung und Sorptionsunterstützten Vergasung (SEG – Sorption Enhanced Gasification) untersucht werden soll. Die SEG bietet hier einen vielversprechenden Ansatz zur Herstellung eines wasserstoffreichen Synthesegases gepaart mit einer in-situ Abscheidung von Kohlendioxid. Hierzu wird im Wirbelschichtvergaser CaO als Bettmaterial eingesetzt, welches durch Karbonatisierung Kohlendioxid aus dem anfallenden Produktgas bindet. Mithilfe eines über das Bettmaterial gekoppelten Verbrennungsreaktors lässt sich im Vergaser anfallendes CaCO3 dann wieder kalzinieren und gleichzeitig Reaktionswärme für die Vergasung bereitstellen. Die Abteilung Dezentrale Energieumwandlung (DEU) untersucht in NuCA das Verhalten des SEG-Prozesses hinsichtlich verschiedener SRF. Ein Ziel ist hierbei die Demonstration der SEG in einer industriell relevanten Umgebung (200kW Pilotanlage). Hierfür stehen zwei unterschiedliche Wirbelschichtanlagen im Pilotmaßstab zur Verfügung. Außerdem soll die Synthesegasproduktion durch SEG in einer Prozesssimulation mit einer Wasserelektrolyse gekoppelt werden. Der dadurch verfügbare Wasserstoff bietet einen weiteren Freiheitsgrad zur Einstellung der Synthesegaszusammensetzung, was höhere Kohlenstoffnutzungsgrade der gesamten Prozesskette ermöglicht. Außerdem steht Sauerstoff für einen Oxy-Fuel-Betrieb des Verbrennungsreaktors zur Verfügung, sodass an dieser Stelle Kohlendioxid in konzentrierter Form anfällt, was dessen Nutzung oder Speicherung vereinfacht.
Versuchsanlage: DIVA/ELWIRA, MAGNUS
Projektdauer: 36 Monate
Ziel des durch den ERA-NET Accelerating CCS Technologies (ACT2) Initiative geförderten Forschungsprojekts NEWEST-CCUS, ist es die Einführung von CCS speziell im Sektor der thermischen Abfallverwertung zu erleichtern. Am IFK soll die CO2-Abtrennung durch Oxy-fuel Wirbelschichtverbrennung müllbasierten Ersatzbrennstoffen, sog. Solid recovered fuels (SRF) demonstriert und bewertet werden. Dadurch wird die Oxy-fuel Wirbelschichtverbrennung von SRF Untersucht, um eine höhere Effizienz als herkömmliche Rostfeuerungsanlagen zu erreichen.
Projektdauer: 3 Jahre
Im DFG-Projekt PyroSEG sollen Reaktionsmechanismen der Sorptionsunterstützen Vergasung von Biomasse (SEG – Sorption Enhanced Gasification) untersucht werden, um am IFK bereits entwickelte Prozessmodelle hinsichtlich der enthaltenen Reaktionsmodelle zu verbessern. Denn die Vergasung in gekoppelten Wirbelschichtreaktoren wird zwar bereits industriell angewendet und auch die Funktion der SEG selbst konnte demonstriert werden (siehe Projekt FLEDGED), in den bereits verfügbaren, empirischen Ansätzen zur Beschreibung der Reaktionsmechanismen in Vergasungsprozessen bleiben allerdings die für die SEG relevanten Reaktionsbedingungen teilweise noch unberücksichtigt. Für die Optimierung und Weiterentwicklung der SEG ist ein tieferes Prozessverständnis an dieser Stelle allerdings unverzichtbar. Daher sollen innerhalb von PyroSEG grundlagenorientierte Untersuchungen in Bezug auf relevante Reaktionspfade und deren Kinetik durchgeführt werden. Hierbei spielen Reaktionen wie die Primärpyrolyse, die Koksbildung, die Teerreformierung an Koks und aktiven Bettmaterialien sowie die CO2-Abscheidung aus dem Produktgas durch Karbonatisierung von CaO eine Rolle. Darüber hinaus sollen hydrodynamische Effekte in der Wirbelschicht bei der Modellierung und den experimentellen Untersuchungen berücksichtigt werden.
PyroSEG wird als gemeinsames Projekt mit dem Department of Thermal Engineering der Tsinghua University (Beijing, China) durchgeführt.
Versuchsanlage: BAR, noch zu entwickelnder Versuchsstand
Projektdauer: 3 Jahre
Im Rahmen des H2020 Forschungsframeworks untersucht das CLEANKER Projekt die CO2 Abscheidung aus der Zementindustrie durch das Calcium Looping Verfahren. In dem für die Zementindustrie adaptieren Verfahren Calcium Looping Verfahren, wird Zementrohmehl als Sorbens für die CO2 Abscheidung verwendet und Flugstromreaktoren als Karbonator (Absorber) bzw. Kalzinator (Desorber) eingesetzt.
Im Buzzi Unicem Zementwerk in Vernasca (Italien) wird eine Demonstrationsanlage geplant und errichtet, welche etwa 1-2 % des Zementabgases dekarbonisieren soll. Die Abteilung Dezentrale Energieumwandlung (DEU) unterstützt das dreizehnköpfig Konsortium mit seiner Expertise beim Betrieb von Forschungsanlagen im Pilotmaßstab und charakterisiert im halbtechnischen Maßstab verschiedenen Rohmehlqualitäten hinsichtlich ihrer Eignung als Sorbens im Calcium Looping Verfahren.
Versuchsanlage: DIVA
Link: www.cleanker.eu
Projektdauer: 48 Monate
Im Rahmen des durch die EU geförderten Horizon 2020 Projekts soll ein flexibler und kostengünstiger Prozess für die Produktion von Dimethylether aus Biomasse entwickelt und unter industriell relevanten Bedingungen demonstriert werden. Der Fokus des Projekts liegt dabei zum einen auf der Untersuchung der sorptionsunterstützten Vergasung von Biomasse zur Erzeugung eines für die Dimethylethersynthese geeigneten Synthesegases und zum anderen auf der sorptionsunterstützten Synthese von Dimethylether. Die Abteilung für dezentrale Energieumwandlung (DEU) untersucht dabei die sorptionsunterstützte Vergasung von Biomassen bzw. biogenen Reststoffen an zwei Wirbelschichtanlagen (Technikums- und Pilotmaßstab). Bei den experimentellen Untersuchungen werden sowohl stationäre Prozess-Bedingungen, als auch die Möglichkeit den Biomasse-Vergasungsprozess so anzupassen, dass elektrolytisch erzeugter Wasserstoff in den Prozess integriert werden kann, betrachtet.
Versuchsanlagen: DIVA/ELWIRA, MAGNUS
Link: www.fledged.eu
Projektdauer: 36 Monate
Ziel des BWPlus Verbundvorhabens Res2CNG ist die experimentelle und theoretische Betrachtung der methanbasierten Kraftstofferzeugung aus biogenen Rest- und Abfallstoffen unter Einbindung von elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff. Ein Fokus liegt dabei auf der optimalen und effizienten Kohlenstoffausnutzung von Biomasse. Am IFK wird hierzu die Wasserdampfsauerstoff-Wirbelschichtvergasung von biogenen Reststoffen experimentell untersucht. Dabei sollen die erzeugten Synthesegase im Hinblick auf Zusammensetzung und Verunreinigungen charakterisiert werden. Zusätzlich wird eine Heißgasreinigung entwickelt und erprobt, um das Synthesegas für den nachfolgenden Methanisierungsprozess zu reinigen.
Versuchsanlage: ELWIRA
Projektdauer: 3 Jahre
CEMCAP ist ein durch die EU gefördertes Horizon 2020 Projekt, welches die Entwicklung und Integration von CCS-Technologien in der Zementindustrie untersucht. Die Abteilung für dezentrale Energieumwandlung (DEU) erprobt und optimiert dabei das Calcium-Looping (CaL) Verfahren für die Anwendung im Zementbereich. Großes Potential bieten dabei Synergieeffekte zwischen dem Calcium-Looping Verfahren und dem Zementprozess. So kann beispielsweise deaktiviertes Sorbens aus dem CaL-Prozess als Ausgangsstoff für die Klinkerproduktion genutzt werden. Durch die Integration beider Prozesse können große Mengen an frischem Sorbens beim CaL-Prozess eingesetzt werden, was CO2-Abscheidung und Energieeffizienz verbessert.
Auch die Abteilung für Kraftwerksfeuerungen (KWF) des IFK beteiligt sich am CEMCAP Projekt mit Untersuchungen zur Anwendung der Oxy-Fuel-Technologie bei der Zementproduktion.
Versuchsanlage: MAGNUS
Link: www.sintef.no/projectweb/cemcap
Projektdauer: 36/42 Monate
Im Rahmen des Projektes wird gemeinsam mit der Oel-Waerme-Institut GmbH und der e-flox GmbH die Entwicklung eines FLOX®-Brenners für flüssige Brennstoffe vorangetrieben. Flammlose Oxidation (umschrieben durch die Bezeichnung FLOX®) ist ein emissionsarmes Verbrennungsverfahren ohne sichtbare Flamme. Dieses ist für gasförmige Brennstoffe bereits erprobt und industriell vielfach im Einsatz. Ein besonderer Vorteil des Verfahrens ist, dass die umweltschädlichen Stickoxide (NOx) nur in sehr geringem Maße entstehen, wodurch bestehende Emissionsgrenzwerte auch ohne aufwändige Rauchgasreinigungsschritte eingehalten werden können. Im Öl-FLOX-Projekt wird angestrebt den Brenner für den Einsatz sowohl mit Heizöl EL als auch mit biogenen Flüssigbrennstoffen weiter zu entwickeln, um dadurch neue Einsatzgebiete zu erschließen
Versuchsanlage: Kessel mit FLOX®-Brenner der BIO-COOL-Anlage
Projektdauer: 2,5 Jahre
Themenschwerpunkt der Forschungsallianz DISS aus Universität Stuttgart und Universität Heidelberg ist die Entwicklung und Anwendung von Methoden der Datenassimilierung. Am Beispiel der thermochemischen Energiespeicherung werden Experimente und Simulationen auf unterschiedlichen Ebenen miteinander verknüpft. Die Ergebnisse ermöglichen Vorhersagen auf anderen Ebenen und damit eine kontinuierliche Optimierung von Simulation und Experiment.
Am IFK werden hierzu porenskalige Modelle zur Simulation eines thermochemischen Hochtemperatur-Energiespeichers auf Basis von CaO/CaCO3 entwickelt. Diese beinhalten die Beschreibung von Wärme- und Stoffübergängen innerhalb des Partikels und bilden die örtlichen und zeitlichen Änderungen der physikalischen Eigenschaften des Partikels und der Prozessparameter ab. Somit ist es möglich die Auswirkungen der Prozessschritte auf die Reaktivität und Beschaffenheit des Kalziumoxidpartikels zu simulieren
Projektdauer: 3 Jahre
Ziel des durch den „Research Fund for Coal and Steel“ (RFCS) der EU geförderten Forschungsprojekts FlexiCAL, ist die Verbesserung der Flexibilität von Kohlekraftwerken, die das Kalzium-Looping-Verfahren zur CO2-Abscheidung nutzen und die Charakterisierung solcher flexibler Systeme. Am IFK wird dazu eine entsprechende Wirbelschicht-Konfiguration aus turbulentem Karbonator und zirkulierendem Regenerator experimentell im Pilotmaßstab untersucht. Diese Konfiguration ist besonders für den lastflexiblen Prozessbetrieb geeignet, da Abgasmenge und Sorbens-Zirkulationsrate dabei entkoppelt sind. Im Rahmen des Forschungsprojekts werden das Flexibilitätspotenzial, die Betriebsgrenzen sowie das dynamische Verhalten dieser Wirbelschicht-Konfiguration untersucht.
Versuchsanlage: MAGNUS
Link: www.flexical.eu
Projektdauer: 3 Jahre
Die regenerative Erzeugung von Bio-CNG (Compressed Natural Gas) aus ligninreichen, biogenen Reststoffen (z.B. Waldrestholz oder Stroh) ist ökologisch aber auch ökonomisch interessant, erfordert allerdings eine thermochemische Umsetzung. Diese unterteilt sich in eine Vergasung der Biomasse zu Synthesegas (typischerweise bei: 700 - 900 °C) und dessen anschließende Methanisierung (typischerweise bei: 300 - 500 °C). Durch Integration der exothermen Methanisierung in den endothermen Wasserdampf-Vergasungsprozess kann ein deutlich höherer Umwandlungswirkungsgrad gegenüber bisherigen Verfahren erreicht werden. Dieses Optimierungspotential soll im Rahmen dieses, von der Vector Stiftung geförderten Projekts experimentell analysiert werden. Ein auf dieses Vergasungsverfahren angepasster Hochdruckreaktor wird hierfür entwickelt und konstruiert.
Bearbeiter: Gebhard Waizmann
Projektdauer: 3 Jahre
FLOX-COAL II ist die Fortführung der erfolgreich abgeschlossenen Projekte FLOX-COAL (EU-RFCS) und Kohle-FLOX (KW21). Auf dieser Basis werden im FLOX-COAL II Projekt Skalierungsmethoden und Simulationswerkzeuge für Kohlenstaub-FLOX-Brenner entwickelt. Die Entwicklung der Simulationswerkzeuge stützt sich auf die computergestützte Strömungssimulation (CFD) und konzentriert sich auf die Entwicklung von Teilmodellen für die NOx-Chemie und den Strahlungswärmeaustausch. Ziel ist eine möglichst genaue Vorhersage der NOx-Bildung und Zerstörung in reaktiven dreidimensionalen Strömungen. Die neu entwickelten CFD-Teilmodelle werden an Messdaten validiert, die in zwei experimentellen Studien im halbtechnischen Maßstab gewonnen werden. Neben Gastemperatur- und Gaskonzentrationsprofilmessungen in der gesamten Brennkammer werden auch die Geschwindigkeiten mittels Laser-Doppler-Velocimetry (LDV) gemessen sowie die Reaktionsintensitäten mittels OH* Chemilumineszenz bestimmt. Die Messwerte dienen des Weiteren der Validierung der entwickelten Hochskalierungsmethode, mit der der FLOX-Brenner vom Labormaßstab auf Großkraftwerksmaßstab skaliert wird. Der Einsatz der so entwickelten Brenner in existierenden Großkraftwerken wird mit einer abschließenden CFD-Studie bewertet.
Das Projekt wird im Rahmen des RFCS-Programms der Europäischen Kommission gefördert und am IFK wissenschaftlich und administrativ koordiniert.
Versuchsanlage: KSVA
Link: floxcoal2.eu-projects.de
Projektdauer: 3 Jahre
In diesem Europäischen Forschungsprojekt steht die Weiterentwicklung des Calcium-Looping Prozesses zur CO2-Abscheidung durch eine neuartige Technik zur Reaktivierung des Sorbens im Vordergrund.
Am IFK wird die Nutzung des verbrauchten Sorbens des Calcium-Looping-Prozesses zur In-situ Entschwefelung in Kraftwerkskesseln mit zirkulierender Wirbelschichtfeuerung untersucht. Dazu werden Verbrennungsversuche mit Steinkohle an der 150-kWth-Pilotanlage durchgeführt.
Versuchsanlage: MAGNUS
Projektdauer: 3 Jahre
Um die Umstellung der zukünftigen Versorgung mit flüssigen Energieträgern für Verkehr und Transport auf Erneuerbare Energien voranzutreiben sowie Energie mit hoher Energiedichte zu speichern, soll in diesem Verbundvorhaben die Erzeugung von flüssigen Kohlenwasserstoffen aus Biomasse erforscht werden.
Am IFK wird die Vergasbarkeit von unterschiedlichen Restbiomassen wie z.B. Stroh, Altholz oder Mist untersucht. Als Vergasungsverfahren kommt die SER-Vergasung, die zweistufige Wasserdampfvergasung, sowie die Sauerstoffvergasung zum Einsatz. Um eine Abtrennung von CO2 aus dem SER Rauchgas als Kohlenstoffquelle für die Fischer-Tropsch-Synthese im Pilotmaßstab zu untersuchen, wird der Regenerator im SER Verfahren mit einer Oxyfuel Regeneration betrieben.
Versuchsanlage: VERONIKA, DIVA/ELWIRA, MAGNUS
Projektdauer: 3 Jahre
In diesem Forschungsprojekt wird die Vergasbarkeit von getrockneter Gülle und Klärschlamm untersucht. Neben den energetischen Nutzung der Reststoffe, wird die Rückgewinnung von pflanzlichen Nährstoffen aus den Vergasungsrückständen zur Erzeugung eines geschlossenen Nährstoffkreislaufs betrachtet.
Versuchsanlage: VERONIKA, DIVA/ELWIRA
Projektdauer: 1 Jahr
Kondensierbare Kohlenwasserstoffe (Teere) sind ein Hauptproblem bei der Verwirklichung von Vergasungsprojekten, da sie in nachgeschaltete Anlagenteile bei Unterschreiten des Taupunktes kondensieren und den Analagenbetrieb beeinträchtigen. Die Bestimmung ihrer Qualität und Quantität ist somit essentiell für die Vergasung. Die Bestimmung von Teeren geschieht bisher mit zeit- und kostenintensiven Probenahmen und nachfolgenden Laboranalysen. Ziel des DEMITAR Projektes ist es, die Technik eines online Teermessgerätes so weiter zu entwickeln, dass es zuverlässig und unkompliziert an Vergasungskraftwerken eingesetzt werden kann und in Echtzeit Teerkonzentrationen an den Betreiber liefert.
Versuchsanlage: MAGNUS, DIVA/ELWIRA, VERONIKA
Projektdauer: 3 Jahre
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.
Versuchsanlage: DIVA/ELWIRA
Link: www.cooretec.de
Projektdauer: 3 Jahre
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.
Versuchsanlage: MAGNUS
Link: www.cooretec.de
Projektdauer: 3 Jahre
In diesem Forschungsprojekt wird untersucht inwieweit bestehende und zukünftige Bioenergieanlagen in Baden-Württemberg (Biogasanlagen und Anlagen zur Vergasung von fester Biomasse) zur Energiespeicherung und zum Speicherausbau geeignet sind. Es wird sowohl die „Biomassespeicherung“ durch eine flexible Brennstoff- bzw. Substratbeschickung der Bioenergieanlagen als auch die „Gasspeicherung“ von Biogas bzw. Synthesegas in internen und externen Speichern bzw. Gasnetzen untersucht. Weiter wird analysiert, welche Möglichkeiten und Grenzen bei einem flexiblen Einsatz von Strom aus biogenen Ressourcen zum Ausgleich von Wind- und Solarstromfluktuationen in Baden-Württemberg (Modellbetrachtung) bestehen und welche Wärmenutzungskonzepte geeignet sind. Als Ergebnis soll u.a. ein Fördermodell für die flexible Fahrweise von Bioenergieanlagen inklusive der notwendigen Speicherung entwickelt werden.
Versuchsanlage: MAGNUS
Projektdauer: 3 Jahre
Das Forschungsvorhaben umfasst die Untersuchung eines ganzheitlichen Gesamtkonzepts zur flexiblen Ausnutzung vorhandener Biomasse zur Stabilisierung des bestehenden und zukünftigen Stromnetzes bei gleichzeitiger Senkung der Treibhausgasemissionen. Basierend auf Varianten der Biomassevergasung werden technische Konzepte für die Biomassenutzung zur Stromerzeugung entwickelt, die sich in das bestehende Energiesystem integrieren lassen und zudem über die integrierte Wasserelektrolyse und Methanisierung das Strom- mit dem Gasnetz als Energiespeicher verbinden. In P&B2G werden optimale Anlagenstandorte durch Schnittstellen zwischen Strom- und Gasnetz ermittelt und deren Vorteile für die Stromnetzstabilität untersucht. Weiterhin finden zu den Konzepten Marktsimulationen statt und es wird die Dimension des ganzheitlichen Nutzens für die gesamte baden-württembergische und deutsche Strombereitstellung untersucht.
Link: www.pb2g.de
Projektdauer: 3 Jahre
Ziel des Verbundvorhabens ist es, unter optimierter energetischer und stofflicher Ausnutzung gasförmige Brennstoffe wie synthetisches Erdgas (SNG) oder Wasserstoff aus Biomasse zu erzeugen.
Am IFK wird die Vergasbarkeit von anaerob vergärter Biomasse untersucht. Als Vergasungsverfahren kommt die SER- sowie die Wasserdampfvergasung in der Zweibettwirbelschicht zum Einsatz. Darüber hinaus wird als alternativer Nutzungspfad die Wirbelschichtverbrennung der vergärten Biomasse untersucht
Versuchsanlage: VERONIKA
Link: www.b-2-g.de
Projektdauer: 3 Jahre
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.
Bearbeiterin/Bearbeiter: Glykeria Duelli (Varela), Marcel Beirow, Theodor Beisheim, Heiko Dieter
Versuchsanlage: DIVA/ELWIRA
Link: cal-mod.eu-projects.de
Projektdauer: 3 Jahre
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.
Versuchsanlage: MAGNUS
Projektdauer: 4,5 Jahre
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.
Versuchsanlage: BIO-COOL
Projektdauer: 2 Jahre
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.
Versuchsanlage: DIVA/ELWIRA
Link: www.refuelnet.de
Projektdauer: 3 Jahre
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.
Versuchsanlage: DIVA/ELWIRA
Link: https://cordis.europa.eu/project/rcn/93423_de.html
Projektdauer: 3 Jahre
Entwicklung und Realisierung eines integrierten, verfahrenstechnischen Konzepts zur Aufbereitung und Konversion von Biomasse zur Herstellung gasförmiger Brennstoffe und deren Verstromung in Brennstoffzellen- und Gasturbinensystemen.
Versuchsanlage: VERONIKA
Link: www.dlratunist.de
Projektdauer: 2,5 Jahre
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.
Versuchsanlage: -
Projektdauer: 4 Jahre
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.
Versuchsanlage: KSVA
Link: www.kw21.de
Projektdauer: 3 Jahre
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.
Versuchsanlage: MAGNUS
Projektdauer: 3,5 Jahre
Patente und Patentanmeldungen
Kontakt
Jörg Maier
Dipl.-Ing.Leiter der Abteilung Kraftwerks- und Industriefeuerungen (KWF)