Zeitschrift für Grundlagen erneuerbarer Energien und Anwendungen
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Abstrakt

Bioenergie 2020: Ein neuartiger Holzhackschnitzel-Vergasungsprozess zur sauberen Synthesegasversorgung von Dual-Fuel-Dieselgeneratoren

Ferruccio Pittaluga

Seit 2011 konzentriert sich das innovative KMU Tecnoforest Ltd. (ehemals ein akademisches Spin-off der Universität Genua) auf die Erprobung bestehender und die Entwicklung neuer Technologien zur Vergasung von Holzschnitzeln im kleinen Maßstab, die darauf abzielen, die elektrische und thermische Selbstversorgung ländlicher Unternehmen im Forst- und Landwirtschaftssektor zu gewährleisten (www.tecnoforest.wordpress.com). Andererseits hat sich der hohe Schadstoffgehalt ihrer Produkte (Synthesegas und Biokohle), der sowohl bei Abwärts- als auch bei Aufwärtsvergasern üblich ist, als Haupthindernis erwiesen, das eine breite Durchdringung sowohl im Agrar- als auch im Bereich der erneuerbaren Energien verhindert, da kaum erschwingliche Emissionsminderungsmaßnahmen vorhanden sind. Dank des kürzlich von Tecnoforest Ltd. entwickelten neuen „Batch“-Vergasungsprozesses wird aus der oberen Düse des Vergasers ein teerfreies Synthesegas freigesetzt, während ganz unten ein fester Rückstand aus hochreiner Biokohle entsteht, die, wie durch offizielle Zertifikate bestätigt, sowohl für landwirtschaftliche als auch für andere, sehr unterschiedliche Anwendungen bestens geeignet ist. Der besagte Prozess findet im Batch-Verfahren in einem Reaktor statt, der kippbar ist, um die frische Biokohle oben im Verfahren entladen zu können, wonach ein neuer „Vergasungszyklus“ sofort wieder beginnen kann. Einzelheiten finden Sie in den Referenzen [6,7]. Der Biokohle produzierende Vergaser heißt SynChar und kann online auf unserer Website [8] erworben werden. Derselbe grundlegende Prozess, der bei SynChar auf natürlicher Konvektion beruht, kann in einen kontinuierlichen Betrieb mit Zwangsbelüftung umgewandelt werden, indem der Reaktor mit einem Bodenluftgebläse und einem seitlich montierten Holzschnitzelzuführer, d. h. einer motorisierten Trichter-Schneckeneinheit, ausgestattet wird. In diesem Fall wird das teerfreie Synthesegas oft einem Wassererhitzerbrenner zugeführt oder zu einem Lufterhitzer befördert. Am besten geeignet wären Anwendungen zur Beheizung von Gewächshäusern, möglicherweise sogar mit dem klaren Vorteil, dass eine Kohlenstoffdüngung der Umgebungsluft ermöglicht wird, die natürlich auf die Sonnenstunden beschränkt sein muss. Wenn die Größe der Holzschnitzel im Bereich von 1 bis 3 cm gehalten wird und ihr Feuchtigkeitsgehalt 25 % nicht übersteigt, scheint der Vergasungsprozess recht effizient zu sein, wie ein bemerkenswert geringer fester Rückstand, der nur aus sauberer Asche besteht, beweist. Der Name des Synthesegasgenerators für thermische Anwendungen lautet SynBurner: Seine Hauptmerkmale mit detaillierten Leistungsdaten sind in den Referenzen [6,7] dargestellt. Er kann auch online auf der Website [8] erworben werden. Der gebläsebetriebene, leicht überdruckte Vergasungsprozess im Reaktor SynBurner wurde kürzlich zu einer saugbetriebenen Konfiguration umgebaut. Diese letztgenannte Modalität ähnelt, abgesehen vom Druck (der jetzt unter dem atmosphärischen Druck liegt), in Design und Funktionalität weitgehend dem vorherigen Gegenstück, ermöglicht aber vor allem dank der direkten Betankung stationärer Verbrennungsmotoren die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK).Der Reaktor, der die obige Bestimmung umsetzt, trägt den Namen SynGen: Eine seiner besonderen Eigenschaften, die im aktuellen technologischen Szenario von Holzhackschnitzelvergasern besonders ist, ist, dass er sich für die Versorgung von Synthesegas nicht nur von Motoren mit Fremdzündung, sondern auch von Motoren mit Kompressionszündung (Diesel) eignet. Tatsächlich wird gerade diese letztere Modalität derzeit bei Tecnoforest Ltd. verfolgt. Im einfacheren Fall sind die Dieselmotoren typischerweise vom Zweistofftyp, bei dem die Luft vor dem Ventil mit Synthesegas vorgemischt wird und eine kleine Menge flüssigen Brennstoffs (z. B. Altspeiseöl) nur zu Zündzwecken eingespritzt wird. Eine höchst eigenartige, wenn auch wirklich anspruchsvolle alternative Modalität, die derzeit untersucht wird, beruht auf der Absicht, die Selbstzündungstendenz des Synthesegases, d. h. seine Cetanzahl, zu beschleunigen, indem ein frühes Stadium einer gasförmig-flüssigen FP-Reaktion (Fischer-Tropsch) aufgrund der katalytischen Wirkung von oxidierter Eisenwolle herbeigeführt wird, auf die der Synthesegasstrom unmittelbar vor der Vormischung mit Luft trifft. Weitere Experimente sind noch erforderlich, um zusätzlich zu den gerade besprochenen Zündeigenschaften (in beiden oben genannten Fällen, also „Dual-Fuel“ und FP-Modalitäten) das Erreichen der „Motorqualität“ für das Synthesegas zu überprüfen. Bei letzterem geht es nicht um das Vorhandensein von Teer, da dessen Konzentration definitiv als sehr niedrig ermittelt wurde, sondern eher um die mögliche Mitnahme von feinen Kohlepartikeln im Synthesegasstrom. Um dieses Problem anzugehen, wurde vor dem Motoreinlass ein wirklich effizienter Mehrwirbel-Zyklonabscheider installiert.eher auf die mögliche Mitnahme von feinen Kohlepartikeln im Synthesegasstrom. Um dieses Problem zu lösen, wurde vor dem Motoreinlass ein äußerst effizienter Mehrwirbel-Zyklonabscheider installiert.eher auf die mögliche Mitnahme von feinen Kohlepartikeln im Synthesegasstrom. Um dieses Problem zu lösen, wurde vor dem Motoreinlass ein äußerst effizienter Mehrwirbel-Zyklonabscheider installiert.

• Tecnoforest-Hackschnitzel-Vergasungstechnologien:

• Der „SynChar“-Reaktor ist links (Biokohleproduzent)

• In der Mitte steht der „SynBurner“-Reaktor (Syngasproduzent)

• Rechts ist der kleine „Mini SynChar“ zu sehen

„Syngen“-Vergaser (140 kWth) für die Kraft-Wärme-Kopplungsanlage, mit Diesel betriebenes Stromaggregat (1500 U/min, 30 kWel). In vielerlei Hinsicht erscheint der SynGen-Reaktor als eine ganz besondere „angemessene Innovation“: Tatsächlich gelingt es ihm, die bekannten Einschränkungen herkömmlicher Abwärts- (und Aufwärts-)Vergaser zu überwinden, ohne auf ein komplexeres Design zurückzugreifen, sondern durch die Implementierung einer starken Vereinfachung der Technologie. Auf diese Weise werden die schlechte Qualität des Synthesegases und der mühsame, häufige Wartungsaufwand, der beim Betrieb herkömmlicher Vergaser normalerweise auftritt, mit der SynGen-Technologie dank eines wirklich einfachen Designs und einer besonders robusten Struktur gut behoben. Die wichtigsten Merkmale, die der Bildung pyrolytischer Schadstoffe im Synthesegas entgegenwirken, sind die „schwimmende Feuerstelle“ und das kleine Volumen innerhalb des Reaktors, das von der Holzschnitzelsäule eingenommen wird [6,7]. Im Tecnoforest Gasification Lab wurden kürzlich alle oben genannten Aspekte des SynGen-Reaktors, insbesondere seine bemerkenswerte Zuverlässigkeit bei der sicheren Aufrechterhaltung des Dauerbetriebs über längere Zeiträume, als ausreichend erachtet, um die Einspeisung des erzeugten Gases in einen Dieselmotor zu rechtfertigen, der einen elektrischen Generator antreibt. Die Anlage zur Stromerzeugung wird derzeit Leistungstests unterzogen, über die in der ausführlichen Präsentation berichtet und diskutiert werden kann.