Bioenergietechnologien sind eine tragende Säule der erneuerbaren Energieversorgung. Dabei wird Biomasse aus organischem Material (Nutzpflanzen, Pflanzen- und Bioabfälle sowie tierische Reststoffe) gewonnen und zur Erzeugung von grünem Strom, Wärme oder Kraftstoffen eingesetzt. In Österreich hat Bioenergie aktuell einen Anteil von 55 % an den erneuerbaren Energieträgern.¹ Bei der Nutzung und dem weiteren Ausbau der Bioenergie darf nicht übersehen werden, dass der Rohstoff Biomasse nicht unbegrenzt verfügbar ist. Biomasseressourcen müssen umweltverträglich und mit höchstmöglicher Effizienz eingesetzt werden, um eine nachhaltige Nutzung zu gewährleisten. Im IEA-Technologieprogramm Bioenergie arbeiten Expert:innen aus Forschung, Verwaltung und Unternehmen aus 25 Ländern sowie der EU zusammen, um die Verbreitung umweltverträglicher, gesellschaftlich akzeptierter und wettbewerbsfähiger Bioenergiesysteme auf allen Energiemärkten zu unterstützen.
 
Im Zentrum stehen die Initiierung, Koordinierung und Förderung von Forschungs-, Entwicklungs- und Demonstrationsprojekten und der gezielte Informationsaustausch zum Thema Bioenergie. Es werden die Themenfelder Biomasseressourcen, Versorgungssysteme, Umwandlung, Endprodukte sowie Querschnittsthemen entlang der gesamten Wertschöpfungskette bearbeitet. Neu hinzugekommen sind zuletzt die Themen Erzeugung und Konversion von Mikro- und Makroalgen sowie künstliche Photosynthese.
www.nachhaltigwirtschaften.at/de/iea/technologieprogramme/bioenergie
 
Im Projekt Vergasung von Biomasse und Abfall (Task 33)² werden Informationen über die Erzeugung und Nutzung von erneuerbaren Heiz- bzw. Synthesegasen aus Biomasse und Abfall gesammelt und unter den teilnehmenden Ländern ausgetauscht. Unter Biomassevergasung versteht man die Gewinnung von brennbaren Gasen durch die thermochemische Verarbeitung von Biomasse. Dabei werden feste biogene Stoffe mit Hilfe von Wärmeenergie und einem Vergasungsmittel thermisch gespalten und in ein Produktgas umgewandelt. Das Produktgas wird gereinigt und z. B. mit Hilfe von Gasmotoren oder Brennstoffzellen zur Produktion von Strom und Wärme (Biomasse-Kraft-Wärme-Kopplung) genutzt oder zu Kraftstoff bzw. Synthesegas aufbereitet.
 
Im Fokus des Projekts stehen die Erzeugung von Strom, Wärme, Biobrennstoffen und Biochemikalien sowie die Wasserstoffproduktion. Die Kraft-Wärme-Kopplung ist im Bereich Biomassevergasung vor allem im kleinen Leistungsbereich (500 kW) nach wie vor aktuell. Der Fokus im großen Leistungsbereich ab 5 MW liegt heute stärker auf der Produktion von Biobrennstoffen und Biochemikalien. Relevant ist auch Biokohle, die als Beiprodukt der Vergasung produziert wird und deren Anwendungspotenziale ebenfalls untersucht werden.
 
Die Arbeitsperiode bis 2024 umfasst folgende Schwerpunkte:
> Vergasung für Kraft-Wärme-Kopplung
> Synthetisches Erdgas via Vergasung
> Produktion von Biobrennstoffen
> Produktion von Biochemikalien
> Wasserstoff-Produktion
> Vergasung als CO₂-Speicherungstechnologie
 
Für die Themen Synthesegase, Biokraftstoffe, Biochemikalien, Wasserstoff und Kraft-Wärme-Kopplung wurden informative Datenblätter zusammengestellt, die auf der Projekt-Website ersichtlich sind. Hier findet sich auch eine Datenbank mit einer Auflistung und Beschreibung von derzeit 160 Anlagen (weltweit).
www.task33.ieabioenergy.com/database
 
¹ www.biomasseverband.at
² Teilnehmende Staaten: Belgien, China, Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Indien, Italien, Kanada, Niederlande, Österreich, Schweden, USA

BC4I – Biochar for industry
Die metallurgische Industrie ist für einen erheblichen Anteil der globalen CO₂-Emissionen verantwortlich. Eine Möglichkeit, die Emissionen zu verringern, ist die Substitution des bisher eingesetzten fossilen Kohlenstoffs durch CO₂-neutrale Biokohle. Im Projekt BC4I¹ wird dieser Ansatz erforscht und ein neues Verfahren zur Kopplung der dezentralen Biokohleproduktion mit einer hocheffizienten Erzeugung von Ökostrom und Wärme aus den im Prozess freigesetzten Pyrolysegasen entwickelt. Die Kernkomponenten des innovativen Konzepts sind ein Pyrolysegas-Reaktor im Gegenstrom-Prinzip, der ein fast staubfreies Pyrolysegas bereitstellt sowie eine mehrstufige Pyrolysegasreformierung, um die im Gas enthaltenen Teere effizient abzubauen.  

Hoher Wirkungsgrad

Ziel ist es, mit der Entwicklung des neuen Verfahrens Ökostrom und Wärme bei einer bisher unerreicht hohen Energieumwandlungseffizienz (> 90 %) aus kostengünstiger Biomasse zu erzeugen. Im Pyrolysereaktor werden etwa 30 Gewichtsprozent der Trockensubstanz der eingesetzten Biomasse in Biokohle umgewandelt (das entspricht etwa 52 % des Brennstoffenergieeinsatzes), der Rest verlässt als Pyrolysegas den Reaktor. Ein Teil des Pyrolysegases wird dann in einem Ultra-Low-Emission Gasbrenner verbrannt, um die benötigte Wärmeenergie für die thermische Teerkonversion sowie den Pyrolyseprozess bereitzustellen. Der überwiegende Teil wird nach entsprechender Kühlung in einem Gasmotor in Wärme und Strom umgewandelt. Durch effiziente Abwärmenutzung können etwa 29 % des Brennstoffenergieeinsatzes als Wärme und 10 % als elektrischer Strom erzeugt werden. Gemeinsam mit dem Energieinhalt der Biokohle ergibt dies einen Gesamtwirkungsgrad von mehr als 90 %.

Gasreinigung

Das aus dem Brennstoffbett freigesetzte Pyrolysegas weist hohe Teergehalte auf, die zwischen 200 und 300 g/Nm³ liegen. In mehreren Prozessschritten (thermisches und katalytisches Cracken) werden die Teere im Gas entfernt. Durch dieses Verfahren soll eine Reduktion der Teergehalte um mehr als 99 % erzielt werden und das Pyrolysegas damit ohne weitere Reinigung in einem Gasmotor einsetzbar sein.

Potenziale für die Industrie

Die erzeugte Biokohle kann in der metallurgischen Industrie direkt oder nach weiteren Aufbereitungsschritten genutzt werden. Biokohle ist vor allem für mittelständische Metallurgiebetriebe interessant, bei denen der Umstieg auf H2 als Reduktionsmittel und/oder alternative Prozesse nicht möglich bzw. zu kostenintensiv sind. Dies sind u. a. Betreiber von Elektrolichtbogenöfen, Wälzprozessen, Schachtöfen und damit verwandten Prozessen. Bei einem vollständigen Umstieg von fossilen Kohlenstoffträgern auf Biokohle könnten in diesem Sektor in Österreich bis zu 71.000 t CO₂ pro Jahr eingespart werden.
www.nefi.at/de/projekt/bc4i-biochar-for-industry
 
¹ Projektpartner: BIOS BIOENERGIESYSTEME GmbH (Projektleitung), Catator AB, Montanuniversität Leoben – Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie, Polytechnik Luft- und Feuertungstechnik GmbH
Das Projekt ist Teil der NEFI-Modellregion („new energy for industry“), die die Dekarbonisierung von Industriebetrieben durch Innovation und Technologieentwicklung fördert.
www.nefi.at