HYDROTHERMALE VERGASUNG VON BIOMASSEN

DGMK-Fachbereichstagung „Energetische Nutzung von Biomassen“ vom 19. bis 21. April 2004
Wasserstoffreiches Brenngas aus nasser Biomasse.
Erste Ergebnisse mit der Pilot-Anlage VERENA
N. Boukis, U. Galla, V. Diem, P. D´Jesus, E. Dinjus
Forschungszentrum Karlsruhe, Institut für Technische Chemie,
Postfach 3640, D-76021 Karlsruhe, Tel. +49 7247 82 4825, Fax +49 7247 82 2244,
nikolaos.boukis@itc-cpv.fzk.de
Seit dem Jahr 2000 wird im Institut für Technische Chemie des Forschungszentrums
Karlsruhe ein neues Verfahren zur Vergasung nasser Biomasse in überkritischem Wasser
untersucht und entwickelt (Super Critical Water Gasification, SCWG). Ohne Zusatz von
Sauerstoff reagieren dabei organische Substanzen mit überkritischem Wasser. Kohlenstoff
wird zu CO2 oxidiert und Wasserstoff wird sowohl aus den organischen Substanzen als
auch aus dem Wasser freigesetzt. Der hier vorgestellte Prozess zielt auf die effektive
energetische Nutzung nasser Biomasse ab. Ein großer Teil der Restbiomasse fällt als
nasses Edukt an, das bis zu 95 % Wasser enthält und derzeit trotz vorhandenen
Potentials kaum energetisch genutzt wird. Mit konventionellen Vergasungsverfahren
werden bei hohen Wassergehalten nur noch sehr niedrige Wirkungsgrade erzielt. Das
wasserstoffreiche Produktgas ist, nach entsprechender Konditionierung, zur Verwendung
in Gasmotoren, Turbinen oder Brennstoffzellen, aber auch für chemische Synthese, z.B.
von Kraftstoffen, geeignet.
Das Edukt Biomasse wird nach einer geeigneten Vorkonditionierung mit einer HochdruckDosierpumpe auf den Betriebsdruck gebracht. Da es sich um ein flüssiges wässriges
Gemisch handelt, ist der erforderliche Energieaufwand gering. Das komprimierte Gemisch
wird einem Wärmetauscher, einem mit Rauchgas beheizten Vorwärmer und dem Reaktor
zugeführt. Dort entsteht nach kurzen Verweilzeiten ein gasförmiges Produkt, hauptsächlich
Wasserstoff und Kohlendioxid; Kohlenmonoxid und Methan sind Nebenprodukte.
Zahlreiche Versuche mit Alkoholen (Methanol und Ethanol), Pyrolyseölfraktionen,
Grünschnitt und Mais-Silage wurden bis jetzt durchgeführt.
Aus der Messung von Volumenstrom und Gaszusammensetzung errechnet sich für das
Produktgas eine thermische Ausgangsleistung (Hu) von 30 kW für den Eduktdurchsatz
von 5 kg/h organischem Material und 95 kg/h Wasser.
Die Abgaswärme kann zur Dampferzeugung und die im Effluent anfallende Wärme als
Warmwasser genutzt werden. Demnach kann auch bei sehr verdünnten Edukten mit einen
thermischen Wirkungsgrad von etwa 60 % gerechnet werden.
Wichtige Ergebnisse aus dem Versuchbetrieb mit der Anlage VERENA:
• Guter thermischer Wirkungsgrad bei wasserreichen Edukten (etwa 80 %)
• hoher Umsatz (leichte Pyrolyseölfraktion >95 %)
• hohe Wasserstoffausbeute (H2 > 80 Vol. %)
• integrierte einfache CO2- Abtrennung (Abreicherungsfaktor >100)
• sehr geringe Kompressionsarbeit (ca. 2kW)