der Synthesegasproduktion aus Biomasse Stand der Entwicklung der Synthesegasproduktion aus Biomasse Synthetische Biokraftstoffe Techniken, Potentiale, Perspektiven - 3. und 4. November 2004 in der Autovision in Wolfsburg Prof. Dr.-Ing. B. Meyer, Dr.-Ing. St. Krzack, Dr. rer. nat. W. Radig TU Bergakademie Freiberg

Zielrichtungen der Biomassevergasung Erzeugung eines Brenngases zur energetischen Nutzung in Heizkesseln Erzeugung eines Brenngases für die Kraft-Wärme-Kopplung in motorischen BHKW oder Gasturbinen Erzeugung eines Synthesegases für die chemische Weiterverarbeitung zu Chemierohstoffen und Flüssigkraftstoffen Erzeugung eines wasserstoffreichen Synthesegases zur Wasser-stoffgewinnung für chemische Synthesen oder Brennstoffzellen Synthesegas = brennbares Gas mit den Hauptbestandteilen CO und H2 zum Einsatz in Synthesen

Prozesskette zur Synthesegaserzeugung aus Biomasse Biomasse in ausreichender Menge & Qualität Synthesegas in ausreichender Biomasseaufbereitung/ Konditionierung Vergasung Gasreinigung CO-Konvertierung CO2-Abtrennung Nebenprodukt- behandlung Medien- bereitstellung

Besonderheiten der Synthesegaserzeugung aus Biomasse dezentraler Biomasseanfall zentrale Biomassekonversion Vielstufigkeit Zentralisierungsprinzip Minimierung von Verlusten Optimierung der Zeitverfügbarkeit Entkopplung von Prozessstufen

Kommerzielle Festbettvergasungsverfahren (Beispiele) Lurgi BGL Quelle: SVZ

Kommerzielle Wirbelschichtvergasungsverfahren (Beispiele) HTW KRW Quelle: Rheinbraun, KRW

Kommerzielle Flugstromvergasungsverfahren (Beispiele) SCGP GSP Rohgas Vergasermantel mit Kühlrohren Brennstoff Vergasungsmittel Wasserquench Quelle: Shell, SVZ

Vergleich der Vergasungsprinzipien

Ausgewählte Projekte mit Biomasse-Festbettvergasung zur energetischen Nutzung

Nachteile der Festbettvergasung Erzeugung eines teerhaltigen Rohgases träges Regelverhalten bei Lastwechseln Nachteile bei der Anlagenautomatisierung fehlende Scale-up-Fähigkeit in Leistungsbereiche von mehreren Hundert MW (th) Erfolg versprechend ist der Einsatz in KWK-Anlagen bis 5 MW (th)

Ausgewählte Projekte mit Biomasse-Wirbelschichtvergasung zur energetischen Nutzung

Ausgewählte Projekte mit Biomasse-Flugstromvergasung zur energetischen Nutzung

Anpassungsanforderungen an Biomasse und Vergasung Biomassevorkonditionierung hinsichtlich Stückigkeit/Körnung, Konsistenz und Wassergehalt wärmetechnische Integration der Biomassevorkonditionierung biomassegerechte Eintragstechnologien hohe Alkaligehalte, insbesondere bei halmgutartigen Brennstoffen mit erniedrigten Ascheschmelzpunkten und höherem Aschegehalt brennstoffinhärenter Wasserstoffmangel (Wasserdampfzugabe bei Vergasung und/oder Konvertierung oder allothermer Betrieb) ggf. zusätzlicher Gasreinigungsaufwand zur Entfernung von Teer, Partikeln, organischen und anorganischen Hetero- und Halogenverbindungen.

Hauptentwicklungslinien für die Synthesegaserzeugung aus Biomasse mehrstufige Verfahren mit thermochemischer Konditionierung der Biomasse - Carbo-V®-Verfahren / CHOREN - Schnellpyrolyse mit Flugstromvergasung / FZK - Gestufte Reformierung / Dr. Mühlen einstufige Verfahren ohne thermochemische Konditionierung der Biomasse - ZDWS-Vergasung / ENC - ZAWS-Vergasung / CUTEC - AER-Verfahren - HTW (PHTW) - Vergasung / IEC Flugstrom- vergasung Wirbelschicht- vergasung

Anforderungen an die Synthesegasqualität mehrstufige Gasreinigung erforderlich

Gasreinigungssysteme Staub und Asche: Keramikfilter, Gewebefilter, elektrostatische Abscheider, Zyklone Stand der Technik Halogen-, S- und N-Verbindungen: physikalische Wäschen mit Wasser, Laugen oder organ. Lösungsmitteln Adsorber mit Aktivkohle oder ZnO Stand der (Groß)Technik in der Entwicklung Kohlenwasserstoffe/Teer: Abscheider, Wäscher, Teercracker, katalytisch aktive Bettmaterialien Stand der (Groß)Technik in der Entwicklung „saubere“ Vergasungstechnik erforderlich zur Minimierung des Gasreinigungsaufwandes - nur großtechnisch wirtschaftlich betreibbar

Bewertung des Entwicklungsstandes der Synthesegaserzeugung aus Biomasse Biomassevergasung zur energetischen Nutzung - entwickelt bis kommerzieller Maßstab mehrstufige Verfahren zur Synthesegaserzeugung mit thermochemischer Konditionierung der Biomasse - entwickelt teilweise bis Pilotmaßstab von 1 MW (th) - am weitesten: Carbo-V® -Verfahren einstufige Verfahren zur Synthesegaserzeugung ohne thermochemische Konditionierung der Biomasse - entwickelt teilw. bis Demomaßstab (HTW: 150 MWth Torf Oulu/Finnland, 50 % Biom. / 50 % Kohle Berrenrath) daher - schlüssiges Konzept unter Verwendung großtechnisch erprobter Vergasungstechnik (140 bzw. 200 MW th): BTL-Konzept des IEC

Kriterien für die weitere Vorgehensweise zukunftsfähiges und schlüssiges BTL- Gesamtkonzept Schlüssigkeit (first of its kind – Anlagen) für gegebene Randbedingungen: Rohstoffbereitstellung Logistik Technik Produkte Zukunftsfähigkeit (next generation – Anlagen) für sich ändernde Randbedingungen: Non regret - Technologien Scale up - Fähigkeit Synergiefähigkeit (Entwicklungspartnerschaften) Zukunftsfähigkeit steht vor Schlüssigkeit

Nachhaltigkeits - Kriterien für die Synthesegaserzeugung aus Biomasse verlustarme Biomasse-Vorkonditionierung Vergasung unter erhöhtem Druck (Erhöhung der Raum-Zeit-Ausbeute, Einsparung der Zwischenkompression, gute Abtrennbarkeit von CO2) Autotherme Vergasung (Prozessvereinfachung, höhere energetische Wirkungsgrade) Dampf/Sauerstoff-Vergasung (Minimierung der Rohgasverdünnung, hoher C-Umsatz und niedrige Teergehalte durch hohe Temperaturen 100 % C-Umsatz (BtL-Kraftstoffausbeute) hohe Brennstoffvariabilität (Synergie mit alt. Entw.route COORETEC) scale-up-Fähigkeit (≥ 100 MWth) hohe Anlagenverfügbarkeit Wirbelschichtvergasung (insbesondere die hochexpandierte, druckaufgeladene stationäre Wirbelschicht bzw. deren Derivate)

Nächster Schritt Planung und Realisierung einer für den industriellen Maßstab relevanten BtL-Pilotanlage zur Erzeugung von BTL-Kraftstoff in Deutschland unter Beteiligung der führenden Industriepartner