Im Projekt ReGas4Industry1 wurde ein Verfahren zur Erzeugung von hochwertigen, synthetischen Sekundärenergieträgern (wie z. B. synthetisches Erdgas) aus erneuerbaren Reststoffquellen untersucht. Diese synthetischen Gase können fossile Energieträger in der Industrie ersetzen und ermöglichen hohe CO2-Einsparungen. Gegenüber der direkten Erzeugung von Strom und Wärme aus biogenem Restmaterial hat die Gaserzeugung den Vorteil, dass damit ein speicherbarer Energieträger bereitgestellt wird. Am Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften der TU Wien wurde vor einigen Jahren das Zweibettwirbelschicht-Verfahren, eine innovative CO2-neutrale Technologie zur Erzeugung von Gas aus Hackschnitzeln und Waldhackgut, entwickelt. Nun setzt man statt auf hochpreisige Holzhackschnitzel auf die Verwertung von kostengünstigen Rest- und Abfallstoffen. Dieser Ansatz entspricht einerseits dem Konzept der nachhaltigen Kreislaufwirtschaft und bietet andererseits die Chance, die Wirtschaftlichkeit des innovativen Verfahrens zu erhöhen.
Entwicklung und Test der Technologie im Pilotmaßstab
Im Rahmen des Projekts1 wurde vorrangig die Produktion von erneuerbarem Erdgas (SNG/synthetic natural gas) und Hythan (eine Mischung aus Methan und Wasserstoff), aber auch Prozesse zur Herstellung flüssiger Fischer-Tropsch (FT)-Produkte analysiert. Im ersten Schritt untersuchten die Forscher:innen mögliche alternative Brennstoffe (Rest- und Abfallstoffe) und bewerteten diese in Bezug auf die verfügbaren Mengen, Preise, Zusammensetzungen und ihrer Eignung für das neue Verfahren. Der innovative Prozess besteht aus der neuesten Generation der Zweibettwirbelschicht-Gaserzeugung (dual fluidized bed/DFB) mit anschließender Gasreinigung und katalytischer Methan-Synthese im Wirbelschichtverfahren bzw. FT-Synthese. Die gesamte Prozesskette wurde am Technikum der TU Wien im Pilotmaßstab aufgebaut und betrieben. Zur experimentellen Untersuchung der Gaserzeugung stand ein 100 kW DFB-Gaserzeuger zur Verfügung. Hier wurden umfangreiche Gaserzeugungsversuche mit verschiedenen Brennstoffen und Betriebsbedingungen sowie Bettmaterialien und Vergasungsmitteln durchgeführt. Kernstück der Syntheserouten ist ein Wirbelschichtreaktor zur einstufigen Methan-Synthese. Zusätzlich wurden auch Gasreinigungsapparate, wie ein Biodieselwäscher und ein dreistufiger Festbettadsorber im Zuge des Projekts entwickelt und gebaut. So konnte der Betrieb der gesamten Prozesskette vom Reststoff bis zum Roh-SNG umgesetzt werden. Zwei umfangreiche Versuchskampagnen demonstrierten erfolgreich die Roh-SNG Produktion von „Live-Gas“ aus der direkt davor geschalteten 100 kW-Gaserzeugungsanlage.
Vielversprechende Reststoffe:Rinde und Klärschlamm
Die Untersuchungen an der Pilotanlage der TU Wien zeigen, dass die Gaserzeugung aus Reststoffen wie Rinde, Lignin, Klärschlamm und Gärresten technisch möglich ist. Mit Rinde, einem klassischen Nebenprodukt der holzverarbeitenden Industrie, konnten sehr gute Produktgasqualitäten erzielt werden. Rinde hat als Brennstoff für die Produktion von erneuerbarem Erdgas das größte Potenzial. Auch Klärschlamm ist trotz seines Aschegehalts und des hohen Anteils an Verunreinigungen für die Gaserzeugung und SNG Produktion geeignet. Da die Entsorgung von Klärschlamm Kosten verursacht und der Reststoff somit einen negativen Preis hat, ergibt sich sowohl gegenüber der SNG-Produktion aus hochwertiger Biomasse, als auch gegenüber fossilem Erdgas ein ökonomischer Vorteil. Da das vorhandene Klärschlammpotenzial in Österreich allerdings begrenzt ist, wäre eine großtechnische Verwertung nur in Ballungszentren sinnvoll. Weitere biogene Reststoffe, die zur Gaserzeugung genutzt werden könnten, sind Gärreste aus Biogasanlagen sowie Reststoffe aus der Papier- und Zellstoffindustrie.
Aufbauend auf den Ergebnissen aus dem Pilotbetrieb sowie umfangreichen Literaturrecherchen wurden auch Konzepte für die großtechnische Umsetzung des Verfahrens ausgearbeitet und technoökonomische sowie ökologische Bewertungen durchgeführt.
https://energieforschung.at/projekt/gase-aus-regenerativen-reststoffquellen-fuer-die-industrie/
1 Projektpartner: TU Wien, Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und technische Biowissenschaften (Projektleitung), SMS group Process Technologies GmbH, Energy & Chemical Engineering GmbH