Im Fokus der Arbeit standen die Weiterentwicklung der Wasserdampfbiomassevergasung nach dem „Absorption Enhanced Reforming“ Verfahren (AER) und die Vorbereitung zukünftiger industrieller Anlagen zur Erzeugung von regenerativem Erdgassubstitut. Zu diesem Zweck erfolgten sowohl experimentelle Untersuchungen im Labormaßstab an einer stationären Wirbelschicht und einem Zweibettwirbelschichtreaktor als auch die Modellierung und Abbildung der Umwandlung von Biomasse in Erdgassubstitut auf Basis der absorptionsunterstützten Wasserdampfvergasung.
Der Schwerpunkt der experimentellen Arbeiten an der stationären Wirbelschicht lag auf der Erfassung des Pyrolyse- und Wasserdampfvergasungsverhaltens in Anwesenheit von kalksteinbasiertem Bettmaterial. Dabei wurde unter Verwendung von Buchenholzkugeln unterschiedlicher Größe die entstehende Menge an Biomassekoks, die maßgeblichen Einfluss auf die interne Energiebilanz in einem Zweibettwirbelschichtreaktor hat, und die Produktgasausbeute in Abhängigkeit der Temperatur und Verweilzeit bestimmt.
Ein wesentliches Alleinstellungsmerkmal der absorptionsunterstützten Biomassevergasung ist die Möglichkeit der Beeinflussung der Produktgasstöchiometrie für eine anschließende Methan-Synthese. Im Rahmen der Zweibettwirbelschichtversuche erfolgte daher die Charakterisierung des CO2-Sorptionsverhaltens und der homogenen Wassergas-Shift-Reaktion in Abhängigkeit von der treibenden Partialdruckdifferenz zwischen Wirbelbetteintritt und thermodynamischem Gleichgewicht sowie dem spezifischen CO2-Gehalt des kalksteinbasierten Bettmaterials. Für eine Beschreibung beider Schlüsselreaktionen wurde die wechselseitige Beeinflussung von Bettmaterialverhalten (z.B. Abriebfestigkeit) und Prozessbedingungen (z.B. Bettmaterialzirkulation) detailliert erfasst.
Unter Einbeziehung der experimentellen Daten wurde eine Prozesskette zur Erzeugung von Erdgassubstitut simuliert. Dabei wurde der Einfluss der Biomassepartikelgröße, der Temperatur, des Dampf-Biomasse-Verhältnisses und der Abweichung der CO2-Sorption und Wassergas-Shift-Reaktion vom thermodynamischen Gleichgewicht auf die Effizienz, Produktgas- und Erdgassubstitutbeschaffenheit analysiert. Ergänzend erfolgte die Modellierung der Prozesskette unter Integration von Elektrolysewasserstoff aus regenerativem Strom, um die Möglichkeit einer Aufwertung der limitierten Biomasseressourcen aufzuzeigen.
Die experimentellen und simulierten Ergebnisse zur absorptionsunterstützten Wasserdampfvergasung von Biomassen können einerseits als Basis für ein Engineering eines adaptierten Zweibettwirbelschichtreaktors und andererseits für eine Auslegung einer zukünftigen Anlage zur Erzeugung von regenerativem Erdgassubstitut aus biogenen Reststoffen eingesetzt werden.