Thermochemische Aufbereitungsanlage für Biomasse

Zum Einsatz bei der Strom und Wärmegewinnung kommen Pellets aus Holz, Stroh oder anderen nachwachsenden Rohstoffen (NawaRo) im Sinne der Positivliste nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetzes. Die Pellets werden innerhalb der Gaserzeugungsanlage (s. Abb. 1) in ein Synthesegas umgewandelt, welches als Motorkraftstoff geeignet ist. Es kann in handelsüblichen Block-Heiz-Kraftwerken (BHKW) als Ersatz für Diesel, Erd- oder Biogas genutzt werden. Da das Gas in dem Gaserzeugungsreaktor unter hohen Temperaturen gebildet wird, wird es vor dem Einsatz in dem Motor eines BHKW´s gekühlt werden. Parallel hierzu erfolgt zudem eine Reinigung des Gases.

Abb.1: 150 kW Gaserzeugungsanlage nach der Endmontage und Abnahme (v. l.: Förderband (Pelletzufuhr), Schalt- und Steuerschrank, Gaserzeuger, Gaskühlung und Gasfilter)

Die Gaserzeugungsanlage

In Abb. 2 ist eine schematische Darstellung der gesamten Gaserzeugungsanlage abgebildet.

 Abb.2: Schematische Darstellung der Gaserzeugungsanlage

Gaserzeugungsreaktor

Über ein Förderband wird der Gaserzeuger mit Pellets gefüllt. Die Gaserzeugungsanlage lässt sich den sogenannten Festbettvergasern zuordnen und ist dreistufig aufgebaut. Die drei Stufen teilen sich in die Reaktionen der Entgasung (Pyrolyse), der Oxidation und der Reduktion auf. Neben dem Gas entstehen bei diesem Prozess Asche und Ruß, welche über eine Austragschnecke in den Aschecontainer gefördert werden.

Kühl- und Reinigungsanlage

Ein Teil der Asche- und Rußpartikel befindet sich zunächst noch im heißen Gasstrom. Ein Zyklon sorgt für die erste grobe Reinigung. Danach wird dem Gas mit Hilfe eines speziellen Wärmetauschers Wärmeenergie entzogen, welche zur weiteren Wärmenutzung bereitgestellt werden kann. Eine endgültige Gastemperatur von weniger als 50°C wird innerhalb der Quench durch die Eindüsung von Wasser in den Gasstrom erreicht. Zudem nehmen die feinen Wassertropfen noch Staubpartikel mit auf. Die letzte Reinigungsstufe stellt der Gasfilter dar. Dieser nach dem Elektrofilterprinzip arbeitende Gasfilter nimmt etwa 95% der im Gasstrom enthaltenden Feinstaubpartikel auf und entfernt diese aus dem Gasstrom. Diese vom Gasfilter aufgenommenem Partikel werden dann in einem unter dem Filter angeordneten Behälter aufgefangen.

Gasregelstrecke

Das so konditionierte Reingas wird von einem Gebläse aus der Gaserzeugungsanlage gesaugt und zum BHKW weitergeleitet. Vor dem Motor wird dem Synthesegas noch die notwendige Verbrennungsluft beigemischt.

Block-Heiz-Kraft-Werk (BHKW)

Die Erzeugung von Synthesegas in der Biomasse-Gaserzeugungsanlage erfolgt in einem geschlossenen System; d.h., dass außer der Ausschleusung von Asche, Ruß und Motorabgas keine weiteren Emissionen entstehen. Bei dem Gas-BHKW handelt es sich um ein handelsübliches Blockheizkraftwerk; bestehend aus einem Verbrennungsmotor (Gasmotor), einem Generator zur Stromerzeugung, Wärmetauscher und Anlagen zur Ableitung der Verbrennungsgase des Motors.

Der Gaserzeugungsprozess

Die Gaserzeugung beruht auf einer Verschwelung der eingesetzten Biomasse. Im Gegensatz zur normalen thermischen Verwertung besteht kein Luftüberschuss, sondern ein Mangel an Sauerstoff. Die drei erforderlichen chemischen Prozesse für die Gasbildung sind die Pyrolyse, die Oxidation und die Reduktion.
Die Pyrolyse ist die thermische Zersetzung von Biomasse in verschiedene Bausteine. Das sind fixer Kohlenstoff und Kohlenwasserstoffverbindungen. Im Gaserzeuger findet eine schnelle Pyrolyse statt. Der Pyrolyseprozess ist ein endothermer Vorgang, d.h. es muss Energie in Form von Wärme zugeführt werden. Diese Energie wird durch eine partielle Umsetzung in der Pyrolysezone erzeugt. In der Oxidationszone werden die gasförmigen Pyrolyseprodukte (langkettige Kohlenwasserstoffverbindungen, u.a. Teerverbindungen) so stark erhitzt, dass diese bei ausreichender Verweilzeit gecrackt und somit zerstört werden. Um das endgültige Synthesegas zu erzeugen, werden die Verbrennungsprodukte aus der Oxidation in einem Reduktionsprozess mit Hilfe von vorhandenem Kohlenstoff (Koks) reduziert. Das daraus entstehende Gas setzt sich aus den brennbaren Bestandteilen Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Methan zusammen.