Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines Brenngaserzeugers aus einer Matrix flüssiger biogener Brennstoffe für gasmotorische BHKW

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines hochkompakten integrierten Brenngaserzeugers zur Herstellung von Brenngas aus flüssigen biogenen und fossilen Brennstoffen sowie deren Mischungen. Mit dem Brenngaserzeuger soll die große noch unerschlossene Bandbreite der biogenen Kraftstoffe insbesondere für gasmotorische BHKW aber auch für andere Anwendungen basierend auf Synthesegas erschlossen werden. Der Einsatz der neuen Technologie ermöglicht die Nutzung verschiedener Brennstoffqualitäten in ein und derselben Anlage, ohne dass deren Systemtechnik angepasst werden muss.

Der Brenngaserzeuger besteht aus einem Vormischsystem und einem Reformer. Eine Besonderheit des hier zu entwickelnden Systems ist die Möglichkeit der Mischung verschiedener biogener flüssiger Brennstoffe, die in situ, also unmittelbar vor der Anwendung erfolgen soll.

Zur Erzeugung und Bereitstellung des biogenen Brennstoffgemisches ist die Entwicklung eines Mikromischsystems mit Zerstäubungseinheit erforderlich. Es soll außerdem für die Beimischung von Wasser in Brennstoff geeignet sein.

Gegenstand der Entwicklung des Reformers ist seine Gemischbildung, abgestimmt auf die Anforderungen der je nach Herkunft in ihrer Zusammensetzung diversen biogenen Brennstoffe. Innerhalb der Gemischbildung wird die Nutzung von Niedertemperaturreaktionen als Voraussetzung für eine ablagerungsarme katalytische Reformierung angestrebt. Das Ziel der Anwendung von Niedertemperaturreaktionen ist die Aufspaltung der für biogene Brennstoffe charakteristischen langen Kohlenwasserstoffketten vor Eintritt in den Katalysator.

Der Brenngaserzeuger ermöglicht Herstellern, ihre Anlagen besser auf ein breiter werdendes Angebot an biogenen Brennstoffen hin zu optimieren. Die Auswirkungen der den biogenen Brennstoffen immanenten Diversität auf die gesamte Anlage wird durch die Reformierung erheblich reduziert. Dies leistet einen Beitrag zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit von KWK-Anlagen für deren Hersteller und Betreiber.

Ergebniszusammenfassung:

Die Mischung verschiedener Brennstoffe im Zyklonmischer des KIT wurde erfolgreich untersucht. Dieser kann der Spraydüse vorgeschaltet werden und ermöglicht eine in-situ Mischung verschiedener Brennstoffe. Durch die in-situ Mischung können die Brennstoffe getrennt gelagert werden und Wechselwirkungen zwischen den Brennstoffen, die die Lagerstabilität negativ beeinflussen, werden verhindert.

Die Spraydüse zeigte ein von den Eigenschaften der Brennstoffe abhängiges Spraybild. Das Spraybild zeigt die im Reformer notwendigen Eigenschaften. Bei einigen Brennstoffen war aufgrund der hohen Viskosität der Brennstoffe keine Sprayerzeugung möglich. Die Sprayerzeugung kann durch den Einsatz des Zyklonmischers gelöst werden, indem der nicht nutzbare Brennstoff mit einem niederviskosen Brennstoff gemischt wird. Dadurch war es möglich, in der Düse nicht nutzbare Brennstoffe einzudüsen. Die Vorwärmung der Brennstoffe und die dadurch eingebrachte Änderung der Eigenschaften führte bei einigen Brennstoffen ebenfalls zu einer Verbesserung der Spraybildung.

Die Reformierung verschiedener biogener und fossiler Brennstoffe wurde im Reformer durchgeführt und führt bei ähnlichen Komponentenverhältnissen der Edukte zu vergleichbaren Produktgaszusammensetzungen. Es ist möglich verschiedene Brennstoffe in einem Reformer zu einem Synthesegas umzusetzen.

Die Kopplung der Spraydüse mit dem Reformer wurde teilweise erfolgreich durchgeführt. Im gekoppelten Betrieb ist die Robustheit und Konstanz der Brennstoffversorgung allerdings nicht gegeben. Es traten Verstopfungen der Düsenbohrungen auf, sodass ein Dauerbetrieb des gekoppelten Systems nicht möglich war.

Das Synthesegas kann in Brennstoffzellen oder Gas-BHKWs weiter genutzt werden. Die Einbindung des Reformers in ein BHKW ist von Vorteil, da die Abwärme genutzt werden kann um den elektrischen Wirkungsgrad des BHKWs zu erhöhen.