Zeitschrift EE

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2003-03: Bioenergie

Information und Service

Bücher

Solarwaerme

Energie in Bürogebäuden

Verbrauch und energierelevante Entscheidungen

Höhere Energieeffizienz kann durch umsichtige Entscheidungen über den zukünftigen Energieverbrauch erreicht werden, etwa wenn ein Gebäude gebaut wird oder wenn Energieanwendungen geschaffen werden. Dass dies bis heute selten getan wird, belegt dieses Buch.

Autoren: Lukas Weber

Reihe "Wirtschaft Energie Umwelt", Bd. 5
2002, 156 Seiten, zahlreiche Abbildungen, Format 16 x 23 cm, broschiert
CHF 54.-/EUR 38.60 (D),
ISBN 3 7281 2819 8
vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich

Ökologische Gebäudeausrüstung

Neue Lösungen

Das Buch bietet für jedes der Haustechnikgewerke eine Planungsanleitung, die darauf ausgerichtet ist, Architekten, Studenten, Planern und interessierten Laien die ökologische Haustechnikplanung bis zum Vorentwurf zu ermöglichen.
Die "Ökologische Gebäudeausrüstung" zeigt in Beispielen auf, wie weitestgehend nur mit Hilfe erneuerbarer Energien die klassischen Haustechnikgewerke Heizen, Kühlen, Lüften, Sanitär- und Elektrotechnik bewerkstelligt werden können.

Autoren: Peter Schütz

2003. 348 Seiten. 509 Abbildungen
Format: 21 x 27,5
Gebunden EUR 59,-
ISBN 3-2111-83584-9
Springer Verlag Wien New York

Zu beziehen bei: AEE Kärnten/Sbg., 9500 Villach, Unterer Heidenweg 7, Tel. 04242 / 23 2 24 bzw. Shop

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2003-03: Bioenergie

Information und Service

Kaltenegger imt3

Österreichisches Umweltzeichen für Sonnenkollektoren

Von Andreas Peter*

Die 1993 erstmals veröffentlichte Umweltzeichen-Richtlinie "UZ15 Sonnenkollektoren" gilt als Trendsetter von Umwelt- und Qualitätsstandards für thermische Kollektoren. Schon in der ursprünglichen Version wurden Anforderungen an die energetische Amortisation, an Langelebigkeit und Qualität, die umweltfreundliche Herstellung sowie die Leistung des Kollektors gestellt.
Im Zuge der vierten Überarbeitung wurden diese Kriterien den aktuellen Gegebenheiten angepasst. Sonnenkollektoren mit dem Umweltzeichen erfüllen nicht nur die Anforderungen der europaweit anerkannten Leistungsprüfung sondern verfügen auch über eine zehnjährige Garantie. Das Umweltzeichen ist somit eine eindeutige Entscheidungshilfe für den Konsumenten, der ein umweltfreundlich hergestelltes, qualitativ hochwertiges Produkt für die nachhaltige Energieumwandlung erwerben möchte.
Kollektoren, geprüft nach den Anforderungen der neuen Umweltzeichenrichtlinie, erfüllen die Kriterien der wichtigsten europäischen Labels und Kennzeichnungen.

Das Umweltzeichen und Förderungen

Oft angesprochen und gefordert wird die vermehrte Berücksichtigung von Umweltzeichenprodukten bzw. -betrieben bei Förderungen. Betriebe, die ein Umweltzeichen für ihre überwiegende Angebotspalette vorweisen können, können als Förderungswerber bei der Österreichischen Kommunalkredit einen Zuschlag bis zu 5% bekommen Die Kommunalkreditförderung stellt einen ersten Schritt dar, an der verstärkten Berücksichtigung von Umweltzeichenprodukten bei den jeweiligen Förderrichtlinien wird intensiv gearbeitet.
Informationen zum Österreichischen Umweltzeichen, zur Richtlinie und zu den ausgezeichneten Pro dukten erhalten Sie unter www.umweltzeichen.at oder Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!.

 

*) Andreas Peter, VKI-Verein für Konsumenteninformation, Österr. Umweltzeichen, Wien, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein! oder www.konsument.at/umweltzeichen [^]

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2003-03: Bioenergie

Biogas

Auf Grund neuer ökonomischer Rahmenbedingungen ist bis Ende 2004 mit einer Biogasoffensive zu rechnen, wobei der Einsatz von Energiepflanzen aus Stilllegungsflächen im Mittelpunkt stehen wird.

Biogas im Aufwind

Von Walter Graf*

Österreichweit sind circa 50.000 ha Stilllegungsflächen für die Erzeugung von Strom aus Energiepflanzen nutzbar. Pro ha können rund 20.000 kWh pro Jahr erzeugt werden, das ergibt einen Anschlusswert pro ha von 2,5 kWel.. Das gesamte Potenzial beträgt daher 125.000 kWel. Davon sind theoretisch bis Ende 2004 rund 20.000 kWel (das sind ca. 16%) umsetzbar.
Zur Zeit werden primär Anlagen mit einer elektrischen Leistung von 500 kW geplant, um den Ökostromtarif von 14,5 €-Cent zu nutzen. Sobald die Investförderung des Landwirtwirtschaftsministeriums in Kraft treten wird, die eine Direktförderung von bis zu 40% für bäuerliche Gemeinschaftsanlagen zwischen 40 und 250 kW vorsieht, könnte sich das Spektrum der gängigen Leistungsklassen schlagartig erhöhen. Durch diese Anreizförderung könnten, nach ersten Rückmeldungen der österreichischen Biogasanlagenberater, im unteren Leistungsniveau etwa 30 x 100 kW (freiwillige Leistungsbegrenzung, um den Tarif von 16,5 €-Cent pro kWhel zu nutzen) und weitere 30 x 250 kW (zur Nutzung der Maximalförderung von 40%) zusätzlich installiert werden. Das ergibt rund 25% des Biogaspotenzials aus den Stilllegungsflächen. Um ein Vielfaches könnte die Biogasgewinnung aus Energiepflanzen, die als Vor-, Nach,- und Zwischenfrucht im Getreidebau angebaut werden, sein.
In Österreich sind derzeit über 130 Biogasanlagen in Betrieb (siehe Abbildung 1), die circa 40 Mio. Kilowattstunden elektrischen Strom und etwa 50 Mio. Kilowattstunden Wärme pro Jahr erzeugen und somit rund 16.000 Tonnen Kohlendioxid einsparen. 20 Anlagen mit einer elektrischen Anschlussleistung von etwa 10.000 kW (gesamt) sind geplant oder im Bau.

Trends

Aufgrund der aktuellen Ökostromregelung zeichnen sich zwei neue Trends in der Biogastechnik ab: einerseits zu leistungsstärkeren Anlagen, andererseits zu einer spezifischeren Substratwahl.
Bei der derzeitigen Einspeiseregelung wird wahrscheinlich die Leistungsklasse bis 500 Kilowatt (kW) die meistgebaute Anlagengröße in Österreich sein. Das setzt eine Gasproduktion von ca. zwei Mio. m3 pro Jahr voraus. Weniger Gas pro Jahr heißt allerdings nicht automatisch, dass der Betreiber nicht wirtschaftlich arbeiten kann. Möglich wird dies allerdings nur - wie Modellrechnungen zeigen - durch extrem niedrige Investkosten. Festzuhalten ist, dass bei einer Investsumme von mehr als 4.000,- € pro kWinstalliert die Anlage ohne zusätzliche Einnahmequellen kaum noch wirtschaftlich betrieben werden kann.

Substratwahl

Dreh- und Angelpunkt für einen wirtschaftlichen Betrieb einer 500 kW-Biogasanlage ist die kostengünstige Substratbereitstellung. Üblicherweise stellt sich jedoch diese Überlegung bei der Verwertung von Gülle und Mist gar nicht, da diese Substrate im Betrieb kontinuierlich anfallen und somit keine Produktionskosten verursachen. Neben dem Kostenfaktor spielt natürlich auch die Gasausbeute eine Rolle.
Sowohl Mist und Gülle als auch biogene Reststoffe spielen bei den neuen Biogasgroßanlagen keine entscheidende Rolle, da diese Substrate in der benötigten Menge und Qualität in der Regel nicht zur Verfügung stehen. Der Trend geht daher zu Energiepflanzen, die auch eine höhere Energiedichte aufweisen.
Langjährige Erfahrungen in der Praxis zeigen, dass sich eine ganze Reihe von Kulturpflanzen als Energiepflanzen für die Biogasproduktion eignen. Aus unerklärlichen Gründen gilt jedoch der Mais als Synonym für Energiepflanzen. Aus ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten ist dieser Status ungerechtfertigt und sollte rasch revidiert werden.
Ein hoher Biomasseertrag pro Hektar ist ein wichtiger Parameter für die ökonomische Bewertung der Stromproduktion aus Energiepflanzen, jedoch nicht der einzige. Wichtig ist auch die Biomassequalität und der Substrataufschluss. Nur gut aufbereitete, hochqualitative Energiepflanzensilage bringt Biogas von bester Qualität (hoher CH4-Anteil) und höchstmögliche Erträge.

Perspektiven

Die neue Tarifgestaltung für Ökostrom greift im Bereich der Kofermentation so dramatisch ein, dass Kofermente in landwirtschaftlichen Biogasanlagen kaum mehr eingesetzt werden. Warum? Wenn jemand auch nur ein Kilo Kofermente jeglicher Art in die Biogasanlage einbringt, reduziert sich der festgelegte Tarif um 25%. Bedenkt man außerdem die Auflagen in diesem Bereich (Hygienisierung etc.) und den Preisverfall für Kofermente in den letzten Jahren, dann ist der Anreiz, Biogasanlagen mit Kofermenten im Mix mit landwirtschaftlichen Urprodukten zu betreiben, sehr gering. Das lässt allerdings nicht den Umkehrschluss zu, dass solche Anlagen überhaupt nicht mehr gebaut und betrieben werden könnten. Im Gegenteil, das Potenzial für Anlagen, die ausschließlich mit Kofermenten betrieben werden, wird in Österreich auf 150 bis 350 Stück (je nach Größe) geschätzt und sollte in den nächsten Jahren auch genützt werden. Betreiber solcher Anlagen werden kommunale und private Abfallentsorger und Betriebe der Nahrungsmittelindustrie sein.

Fazit

Biogastechnik ist ausgereift, finanzier- und sofort einsetzbar. Auch die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen passen. Nun liegt es an den Bauern, sich mit Hilfe dieser Technik ein solides Standbein zu schaffen.
Österreichs politische Entscheidungsträger haben für Biogas wirtschaftliche Rahmenbedingungen geschaffen, die den Betrieb von Biogasanlagen langfristig profitabel machen. Profitabel heißt, fünf bis sieben Prozent des Investkapitals sollten mindestens als Rendite erzielbar sein.

Abbildung 1: Entwicklung der Biogasanlagen in Österreich

Literatur
Graf, W.: »Biogas für Österreich«. Hrsg.: Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft; 3. Auflage; 1998.
Graf, W.: »Energy from Grass and other Energy Crops.« Hrsg.: Vienna University of Technology; 2000.
Graf, W.: »Grass Power - Biogas from Grass«. Lecture Papers; Nordic & European Bioenergy Conference; Hrsg.: Bioenergy Department, University of Southern Denmark; 2001.
Graf, W.: »Kraftwerk Wiese -Strom und Wärme aus Gras«. Hrsg.: Walter Graf; 2. Auflage; 2001.
Graf, W.: »Der Biogasreport. Stand der Technik - Potenziale - Perspektiven«. Hrsg.: Walter Graf; 2002.

 

*) Walter Graf ist Fachjournalist für Umwelt und Energie und Vorsitzender der Arge Biogas, www.natur-schutzbund.at/arge_biogas.html [^]

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2003-03: Bioenergie

Biogas

Foto:LEV
Die Steiermark versucht bei Biogasanlagen ein Niveau wie bei Biomasse-Nahwärmenetzen zu erreichen. In der Oststeiermark ist die Dichte der Anlagen schon sehr hoch.

Biogasanlagen für die Steiermark

Von Helga Rally und Horst Scheucher*

Zu Beginn der Alternativbewegung im Bereich Energie gab es in den 80er Jahren auch verstärkt Bestrebungen Biogas zu nutzen. Aus unterschiedlichen Gründen kam eine weitere Entwicklung zum Erliegen. Im Rahmen der Stromliberalisierung hat Biogas nun aber wieder erhebliches Interesse geweckt, denn im Vergleich zur Stromerzeugung aus anderen erneuerbaren Energieträgern (ausgenommen Wasserkraft) weist die Stromproduktion aus Biogas niedrigere Erzeugungskosten auf.
Auch die sonstige energiepolitische Zielsetzung der Steiermark, den Anteil der erneuerbaren Energie zu erhöhen, fördert das Interesse an Biogas. Im Bereich Biomasse (Holz) hat die Steiermark mit ihren über 200 Nahwärme- und Mikronetzen einen beachtlichen Teil des Potenzials bereits genutzt. Auch bei der Sonnenenergienutzung ist die Steiermark - dank der AEE - nahezu weltweit führend. Auf diesen Erfolgen aufbauend, hat sich der Energiereferent der Steirischen Landesregierung, Landeshauptmannstellvertreter Dipl.-Ing. Leopold Schöggl, zum Ziel gesetzt, auch die Biogasnutzung auf dieses Niveau zu bringen.
Der LandesEnergieVerein Steiermark hat aus diesem Auftrag einen neuen Projektschwerpunkt abgeleitet. Neben der direkten Betreuung und Beratung von möglichen Betreibern, soll - ähnlich wie bei der Biomasse-Nahwärme - durch die Herausgabe eines Leitfadens/Handbuchs, in dem technische Entwicklung und Fragen der Qualitätssicherung behandelt sowie durch Veranstaltungen und andere Aktivitäten das Ziel beworben werden.
Unterstützt wird diese neue Initiative auch durch die Schaffung des NOEST, des Netzwerkes Ökoenergie Steiermark. Es stellt nicht nur eine Zusammenführung von Kompetenz dar, sondern konzentriert sich auch darauf, neue Projektwerber im Sinne eines "one stop shop" schneller und vereinfachter als bisher zu unterstützen. Ein Expertengremium begutachtet alle Projektanträge und beschließt, wie und in welcher Form diese unterstützt werden. Fachlich inhaltliche Informationen werden von den Kompetenzknoten im Internet publiziert: http://wissen.noest.or.at/.
Der Kompetenzknoten für Biogas ist die Lokale Energieagentur Oststeiermark. Mit dieser wurde kürzlich ein grenzüberschreitendes Projekt zur Forcierung von Biogas in der Steiermark und Slowenien mit dem Titel Biogas:offensiv gestartet.
Für das Ziel, Wissen und Erfahrung zu bündeln und wiederum zur Verfügung zu stellen, werden nicht nur alle existierenden Biogasanlagen erhoben und analysiert, sondern auch der Frage nachgegangen, in welchen Bereichen Probleme oder Informationsmangel bestehen und wie man Abhilfe schaffen kann. Exkursionen und Veranstaltungen sollen organisiert werden, um das vorhandene Wissen zu kommunizieren. Wie schon bei Biomasse-Nahwärme läuft dies unter dem Titel Stammtisch, diesmal Biogas-Experten-Stammtisch, die Teilnehmer bestimmen ihre Diskussionsthemen großteils selbst.
Der erste dieser Art zum Thema Biogas fand am 25. 6. 2003 in St. Stefan im Rosental statt. Nach der Begrüßung durch Landeshauptmannstellvertreter Dipl.-Ing. Leopold Schöggl und den Bürgermeister von St. Stefan, Johann Tropper, wurde zur Einstimmung die Biogasanlage im Ort besichtigt. Impulsreferate behandelten die Themen EU-Hygieneverordnung, rechtliche Voraussetzungen für Biogasanlagen in der Steiermark und gesetzliche Regelungen für die Errichtung und den Betrieb von Biogasanlagen.

Abbildung 1: Standorte steierischer Biogasanlagen (Quelle:LEV)

Biogasanlage St. Stefan

Die Rosentaler Bio Kraftwerk GmbH & CoKEG betreibt in der Gemeinde St. Stefan i.R. (pol. Bez. Feldbach) die größte und modernste Biogasanlage der Steiermark. Die Biogasanlage ist als Vorzeigeanlage zur Wirtschaftsdüngerveredelung und Verwertung regionaler Wertstoffe (Kosubstrate) konzipiert, dies unter Einhaltung der strengen EU-Hygieneverordnung, das heißt eine Hygienisierungsstufe für Kosubstrate wird installiert. Ein Großteil der eingesetzten Schweinegülle wird über ein Rohrleistungsnetz der Biogasanlage zuführt.
Die etwa € 1.900.000,- teure Kofermentationsanlage erzeugt stündlich etwa 500 kW elektrischen Strom, welcher als Ökostrom in das öffentliche Netz eingespeist wird. Die bei der Stromerzeugung anfallende Wärme wird zur Versorgung der benachbarten Stallungen verwendet. Zusätzlich wird in einer späteren Projektphase die Trocknung regionaler landwirtschaftlicher Produkte realisiert.
In Kooperation mit der Gemeinde St. Stefan wird Klärschlamm aus der benachbarten kommunalen Kläranlage, unter Sicherstellung einer stofflichen Trennung der Biogasanlage zugeführt. Durch die Produktion wertvollen Stickstoffdüngers · dem Gärrückstand aus der Biogasanlage · kann der Zukauf von Handelsdünger substituiert und dadurch die lokale Wertschöpfung erhöht werden.
Die Biogasanlage wird während der ersten Betriebsjahre wissenschaftlich begleitet, die Ergebnisse der Begleitforschung werden dokumentiert und sollen weiteren Biogasanlagen wichtige Erfahrungen liefern.

 

*) Horst Scheucher ist Projektleiter im Bereich Bioenergy beim LandesEnergieVerein Steiermark Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Dipl.-Ing.
Helga Rally ist Mitarbeiterin der Geschäftsführung [^]

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2003-03: Bioenergie

Biogas

Die verstärkte Nutzung von erneuerbaren Energieträgern bzw. erneuerbaren Rohstoffen stellt eine der Herausforderungen für die nächsten Jahrzehnte dar.

Vergasung von Biomasse

Von Hermann Hofbauer*

Dazu müssen neue, effiziente und auf dem Prinzip der Nachhaltigkeit basierende Technologien entwickelt, erprobt und kommerziell eingeführt werden. Biomasse, als ein in weiten Bereichen der Erde über das ganze Jahr verfügbarer erneuerbarer Energieträger, wird dabei einen wesentlichen Beitrag leisten müssen.

Die Gaserzeugung aus Biomasse stellt einen wichtigen Schritt zur Veredlung des erneuerbaren Rohstoffes Biomasse dar. Die Entwicklung der Gaserzeugung aus Biomasse, die durch den Einzug des Erdgases vor ca. 70 Jahren unterbrochen wurde, wurde nach den Ölpreisschocks wieder forciert aufgenommen und hat heute bereits einen guten Entwicklungsstand erreicht. Je nach Anwendungszweck des erzeugten Gases haben sich unterschiedliche Techniken herausgebildet.

Einteilung der Vergasungsverfahren

Vergasungsverfahren können nach unterschiedlichen Prinzipien eingeteilt werden. Üblicherweise wird als Kriterium für die Unterteilung der Typus des Vergasungsreaktors z. B. Festbett und Wirbelschicht oder die Anzahl der Stufen z. B. einstufig, zweistufig und mehrstufig verwendet. Hier soll die Unterteilung vielmehr hinsichtlich der Eigenschaften und der Verwendbarkeit des erzeugten Produktgases erfolgen, was viel entscheidender ist, als der für die Vergasung verwendete Reaktortyp.

Daher sollen zunächst die wichtigsten Einsatzmöglichkeiten betrachtet werden. Aus heutiger Sicht stellen sich folgende Einsatzgebiete für Gase aus Biomasse dar: Erstens die energetische Nutzung mit Brenngas für rein thermische Zwecke, Brenngas für thermische Kreisprozesse (Gasmotor, Gasturbine) oder Gas für Brennstoffzellen. Und zweitens die stoffliche Nutzung mit Wasserstofferzeugung, Synthesegas (z. B. SNG, Methanol, Fischer-Tropsch) oder Reduktionsgas. Neben der Zusammensetzung der Hauptkomponenten sind vor allem auch die Verunreinigungen wichtig, für die meist sehr niedrige Werte einzuhalten sind.

Als wesentliche Anforderungen - neben der grundsätzlich geforderten Reinheit der Produktgase - sind der Heizwert und das H2/CO-Verhältnis zu nennen. Durch geeignete Auswahl des Vergasungsmittels und geeignete Prozessführung lässt sich die Zusammensetzung des Produktgases gezielt beeinflussen.

Die bei der Vergasung ablaufenden Reaktionen sind überwiegend endotherm, d. h. dass Wärme zugeführt werden muss. Dies kann grundsätzlich auf zwei Arten geschehen. Bei der autothermen Betriebsweise wird die Wärme durch partielle Verbrennung des zu vergasenden Brennstoffes im Vergasungsreaktor selbst bereitgestellt. Bei der allothermen Betriebsweise wird die notwendige Wärme von außen zugeführt.

Luft als Vergasungsmittel (autotherm)

Bei der autothermen Vergasung mit Luft liegt der Heizwert abhängig vom Wassergehalt der Biomasse zwischen 4 und 6 MJ/Nm³ trockenes Produktgas. Das Produktgas enthält 45 bis 60% N2 und einen dadurch geringen Anteil an H2 (11 bis 16%) und CO (13 bis 18%). Dieses niedrig kalorische Gas wird direkt als Brenngas (Heizwerk, Zementwerk, Co-Firing) verwendet oder gereinigt und in einem Gasmotor, einer Gasturbine und gegebenenfalls einer anschließenden Dampfturbine (IGCC) in Strom und Wärme umgesetzt. Für kleine Leistungen (200 bis 2000 kWel) werden vorwiegend Festbettreaktoren eingesetzt, für größere Leistungen (2.000 kWel) überwiegend Wirbelschichtreaktoren.

Die mittels Luftvergasung erzeugten Produktgase eignen sich gut für die energetische Nutzung. Für den Einsatz in Brennstoffzellen und für die stoffliche Nutzung sind derartige Produktgase aufgrund des hohen Anteils an Stickstoff im Produktgas kaum geeignet.

Festbettvergasung

Bei der Festbettvergasung handelt sich um einen Schachtreaktor, in dem die Vergasungsreaktion stattfindet (Abbildung 1). Darin bilden sich unterschiedliche Zonen aus, die durch unterschiedliche Temperaturen gekennzeichnet sind. Je nach Strömungrichtung der Luft unterscheidet man zwischen aufsteigender Vergasung (Luft strömt von unten nach oben) und absteigender Vergasung (Luft strömt von oben nach unten). Natürlich gibt es weitere Formen und Kombinationen von beiden, die versuchen, die Vorteile beider zu nutzen.

Wirbelschichtvergasung

Wirbelschichten zeichnen sich durch gute Transporteigenschaften aus, sodass eine konstante Temperatur im Reaktionsraum vorliegt. Die Austrittstemperatur des Produktgases ist praktisch gleich jener des Wirbelbettes, sodass eine Wärmerückgewinnung vom Produktgas für hohe thermische Wirkungsgrade unumgänglich ist. Die Teergehalte am Austritt des bei ca. 800 bis 900°C betriebenen Reaktors liegen bei 10 bis 50 g/Nm³.
Beim hier angeführten Beispiel handelt es sich um die IGCC (integrated gasification combined cycle) Anlage in Varnamo (siehe Abbildung 2). Diese Anlage benutzt eine druckaufgeladene zirkulierende Wirbelschichtvergasung (850°C, ca. 21 bar), eine Gaskühlung bis ca. 400°C, eine Heißgasreinigung und Nutzung des Gases in einer Gasturbine. Ein anschließender Abhitzekessel erzeugt Dampf, der in einer Dampfturbine zusätzlich Strom erzeugt. Die elektrische Leistung der Anlage beträgt 6 MW und die thermische Leistung 9 MW. Damit ergibt sich eine Stromkennzahl von 0,65 bei einem elektrischen Wirkungsgrad von ca. 32 % und einem Gesamtnutzungsgrad von 82%. Abschätzungen ergaben, dass ab einer Leistung von ca. 50 MWel ein ökonomischer Betrieb unter den in Schweden vorhandenen Randbedingungen möglich wäre.

Co-Firing

Ein ökonomisch attraktive Anwendung der Luftvergasung von Biomasse stellt das sogenannte Co-Firing dar, da ohne großen Aufwand gute elektrische Wirkungsgrade erzielt werden können. Dabei wird das Produktgas der Biomassevergasung · meist ohne wesentliche Reinigung und Abkühlung · in den Brennraum eines bestehenden Kraftwerks-Kessel eingeblasen und mit verbrannt. Dazu kommen insbesondere Kohlekraftwerke aber auch Öl- oder Gaskraftwerke in Frage. Bei den bisher ausgeführten Anlagen wurden zirkulierende Wirbelschichten verwendet, wobei die durch die Biomasse substituierte Leistung bis zu ca. 15 % betragen kann.

Abbildung 1: Bei der Festbettvergasung findet die Vergasungsreaktion in einem Schachtreaktor statt

Abbildung 2: IGCC auf Basis Biomassevergasung (Varnamo, SE)  

Dampf/Sauerstoff als Vergasungsmittel (autotherm)

Wird anstelle von Luft ein Dampf/Sauerstoff-Gemisch eingesetzt, erhält man ein stickstofffreies Gas mit Heizwerten zwischen 10 und 14 MJ/Nm³ und einen H2-Gehalt um die 40%. Diese Art der Vergasung ist mehrfach für die Kohlevergasung vorgeschlagen und realisiert worden (Buggenum, NL). Die Erzeugung von reinem Sauerstoff stellt einen Aufwand dar, der sich für Anlagen kleiner Leistung kaum rechnet. Trotzdem gibt es eine Reihe von derartigen Prozessen (siehe Tabelle 1). Diese Verfahren eignen sich sowohl für die energetische Nutzung als auch für die stoffliche Nutzung.

Flugstromreaktor

Hier ist als Beispiel ein Flugstromreaktor angeführt, daneben gibt es die Verfahren mit Festbettvergasung (z. B. Lurgi) und Wirbelschichtvergasung (z. B. Winkler) die ein Dampf-O2-Gemisch verwenden. Das in Abbildung 3 dargestellte Verfahren dient zur Vergasung von Schwarzlauge. Die organischen Bestandteile werden bei hoher Temperatur und erhöhtem Druck in ein Synthesegas umgewandelt.

Dampf als Vergasungsmittel (allotherme Vergasung)

Bei der allothermen Vergasung mit Dampf als Vergasungsmittel hat das Produktgas ähnliche Eigenschaften, wie bei der autothermen Vergasung mit einem Dampf/Sauerstoff-Gemisch. Der wesentliche Unterschied ist allerdings, dass auf die Verwendung von reinem Sauerstoff verzichtet werden kann. Die Vergasung mit CO2 als Vergasungsmittel hat derzeit noch keine technische Bedeutung und wird daher hier nur der Vollständigkeit halber erwähnt. Zur Wärmezufuhr wurden einerseits Verfahren mit Wärmetauscher anderseits welche mit umlaufenden Wärmeträger entwickelt. Allotherme Vergasungsverfahren liefern ein Produktgas, das sowohl für die energetische Nutzung als auch insbesondere für die stoffliche Nutzung geeignet ist.

Wirbelschicht Dampfvergasung

Als Beispiel für eine Wirbelschicht Dampfvergasung mit umlaufenden Wärmeträger wurde der FICFB (Fast Internal Circulating Fluidized Bed) Vergasungsprozess ausgewählt, da eine derartige Anlage in Güssing, AT erfolgreich in Betrieb genommen werden konnte (siehe Abbildung 4). Die Vergasung der Biomasse erfolgt mit Dampf in einer blasenbildenden atmosphärischen Wirbelschicht. Die nötige Wärme wird in einer Brennkammer generiert, die als stark expandierte Wirbelschicht ausgebildet ist. Der Transport der Wärme von der Brennkammer in die Vergasungswirbelschicht erfolgt durch das umlaufende Bettmate.

Zusammensetzung des Produktgases

Wie bereits erläutert, hängt die Zusammensetzung des Produktgases ganz wesentlich vom verwendeten Vergasungsmittels ab. In der Tabelle 2 ist ein Vergleich zwischen den typischen Bereichen der Zusammensetzung der Produktgase aus der autothermen Luftvergasung und der allothermen Dampfvergasung zu sehen.
Das Produktgas aus der Luftvergasung ist gut für die Nutzung als Brenngas in Motoren und Turbinen geeignet. Für Brennstoffzellen und die stoffliche Nutzung haben Gase aus der Dampfvergasung bedeutende Vorteile.

Bezeichnung

Typ

Betreiber, Ort

Brennstoff

Entwicklungsstand

Lurgi

Festbett

SVZ Schwarze Pumpe

Altholz, Kunststoff, Kohle

2 x kommerziell

Texaco

Flugstrom

SVZ Schwarze Pumpe

Feinkörniger Reststoff

kommerziell

Chemrec

Flugstrom

Pitea, SE

Schwarzlauge

Pilotanlage

Renugas

Wirbelschicht

Paia, Hawai

Bagasse

Demonstration

Carbo-V

Flugstrom

COREN, DE

Biomasse

Pilotanlage

Tabelle 1: Verfahren mit Dampf/O2 Vergasung

Abbildung 3: Flugstromreaktor mit Dampf/O2 Druckvergasung

Energetische Nutzung

Bei der energetischen Nutzung wird das erzeugte Produktgas verbrannt und die erzeugte Wärme entweder in Boilern, Industrieöfen, etc. direkt genutzt oder über Kreisprozesse (Gasmotor, Gasturbine) in Strom und Wärme umgewandelt. Dafür können praktisch alle Arten von Gasen verwendet werden, jedoch bevorzugt Gase aus der Luftvergasung, da die Qualität meist ausreichend ist und der Aufwand am geringsten. Im Falle des Einsatzes eines Gasmotors oder einer Gasturbine muss das Gas den Anforderungen entsprechend gereinigt werden.
Bezüglich des elektrischen Wirkungsgrades werden mit Gasmotoren heute 25 bis 27% erreicht. Im Falle des IGCC wurden Werte bis 33% demonstriert. Zukünftig können hier auch Brennstoffzellen in Frage, die höhere Wirkungsgrade aufweisen sollten (40%).

Stoffliche Nutzung

Bei der stofflichen Nutzung geht man meist vom Synthesegas, einer Mischung von H2 und CO, aus. Aus dieser Mischung können verschiedene Produkte synthetisiert werden. Diese Synthesen verwenden Katalysatoren, wofür eine hohe Gasreinheit erforderlich ist. Sie werden heute großtechnisch ausgeführt, wobei als Rohstoff Erdgas, Kohle bzw. Abfälle verwendet werden. Als Vergasungsverfahren für Biomasse eignen sich Verfahren besonders, die hohe Gehalte an H2 und CO aufweisen. Diese sind insbesondere jene, die O2/Dampf bzw. Dampf als Vergasungsmittel benutzen. Zur Einstellung des notwendigen H2/CO Verhältnisses kann eine Shift-Reaktion mit Wasserdampf durchgeführt werden. Um hohe Effizienz zu erzielen muss vor der Synthese auch noch das vorhandene CO2 entfernt werden.

Um heute eine Wirtschaftlichkeit für die stoffliche Nutzung von Gasen aus der Biomassevergasung zu erreichen sind große Leistungen (Economy of Scale) und ein günstiger Brennstoff (Abfallbiomasse) erforderlich.

Parameter

Einheit

Luftvergasung

Dampfvergasung

Heizwert

MJ/m3

4 - 6

12 - 14

H2

%

11 -16

35 - 40

CO

%

13 - 18

25 - 30

CO2

%

12 - 16

20 - 25

CH4

%

3 - 6

9 - 11

N2

%

45 - 60

1

H2/CO

-

0,6 - 1,0

1,2 - 1,6

Tabelle 2: Eigenschaften des Produktgases (trockenes Gas)

Abbildung 4: Allotherme Wirbelschichtvergasung für kombinierte Wärme und Stromerzeugung (Güssing, AT).

 

 

*) Univ.-Prof. Dr. Hermann Hofbauer, Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften, Technische Universität Wien, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!, www.renet.at [^]

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