In dem Vorhaben soll die genehmigungsrechtliche Zulassung des Einsatzes technisch modifizierter Biomasse aus land- + forstwirtschaftlichen Reststoffen (MoBiFuels), die mit Hilfe von drei innovativen Verfahren (Waschprozess, Torrefizierung, hydrothermale Karbonisierung) vorbehandelt wurden, an Bestands- und Neuanlagen unterschiedlicher Leistungsklassen geprüft und im Einzelfall getestet werden. Parallel dazu erfolgt, wie für die Zulassung einer kleinen Biomasseanlage (kleiner als 100 kW) zum Einsatz eines MoBiFuels erforderlich, die Beantragung eines einjährigen Messprogrammes. Aus den Erfahrungen mit den Genehmigungsbehörden sowie der systematischen Analyse des aktuellen Rechts- und Wissensstandes erfolgt die Abschätzung des Markt- + Normierungspotenzials von modifizierten biogenen Festbrennstoffen ohne chemische Verunreinigung mit wässriger o. thermischer Vorbehandlung.
Projektziel ist die kommerzielle Einsatzfähigkeit innovativer Biobrennstoffe in Feuerungsanlagen nach 1., 13. und 4. BImSchV / TA Luft in Deutschland voranzubringen und Lösungskonzepte zum Abbau rechtlicher Hemmnisse unter Berücksichtigung der Genehmigungsfähigkeit herauszuarbeiten. Dazu soll die genehmigungsrechtliche Zulassung des Einsatzes technisch modifizierter Biomasse (MoBiFuels), die mit Hilfe von drei innovativen Verfahren -Waschprozess, Torrefizierung bzw. hydrothermale Karbonisierung- vorbehandelt wurden, an Bestands- und Neuanlagen unterschiedlicher Leistungsklassen geprüft und im Einzelfall getestet werden. Parallel erfolgt, wie für die Zulassung einer kleinen Biomasseanlage (kleiner als 100 kW) zum Einsatz eines MoBiFuels (nach 1. BImSchV, Nr. 13/ §3, Absatz 1) erforderlich, die Beantragung eines einjährigen Messprogrammes.
Aus den Erfahrungen mit den Genehmigungsbehörden sowie der systematischen Analyse des Rechts- und Wissensstandes erfolgt die Abschätzung des Markt- und Normierungspotenzials von modifizierten biogenen Festbrennstoffen aus holz- und landwirtschaftlichen Reststoffe bzw. kommunale Abfälle ohne chemische Verunreinigung mit wässriger oder thermischer Vorbehandlung. Folgende Teilziele werden angestrebt:
1.) Wissenschaftl. Begleitung des Genehmigungsprozesses für den Einsatz eines MoBiFuels einer Bestandsanlage mit Zulassung nach 4. BImSchV / TA Luft
2.) Parallele wissenschaftl. Aufbereitung von Bestandswissen aus Pilot-/ Demoversuchen zum Einsatz von unterschiedl. MoBiFuels in einer Bewertungsmatrix
3.) Auf Basis der akt. Anforderungen des LAI als Voraussetzung zur Zulassung einer 1. BImSchV-Anlage mit einem Brennstoff, wird die Genehmigung eines 1-jährigen Messprogrammes angestrebt
4.) Ableitung von Aussagen zur Genehmigungsfähigkeit von Anlagen nach 13. BImSchV
5.) Erstellung eines Praxisleitfadens Handlungsempfehlungen zur Genehmigungsfähigkeit und dem Standardisierungsbedarf von MoBiFuels in kleinen, mittleren und großen BImSchV-Anlagen.
Die in der landwirtschaftlichen Produktion anfallenden Nebenprodukte Stroh, Kaff und Geflügelkot sollen so verarbeitet werden, dass eine anschließende Vergasung im Festbettreaktor und Verstromung in einem Gasmotor ermöglicht wird. Hierzu werden zunächst die verfügbaren Potenziale ermittelt und die Rohstoffe eingehend analysiert. Anschließend werden diese Stoffe in geeigneten Mischungsverhältnissen pelletiert und torrefiziert. Die Mischungsverhältnisse, Pelletierungsbedingungen, Additive zur Ascheschmelzpunkterhöhung und als Binder, sowie die Torrefizierungsbedingungen werden hierzu im vorliegenden Forschungsvorhaben experimentell bestimmt. Die Überprüfung der Brennstoffqualität erfolgt hinsichtlich thermochemischer und mechanischer Eigenschaften. Nach erfolgreicher Nutzbarmachung für einen Festbettvergaser wird ein integriertes Gesamtkonzept entworfen, dass die Nutzung der Motorabwärme zur Torrefizierung berücksichtigt. Der Arbeitsplan für Fraunhofer UMSICHT umfasst die fünf Arbeitspakete AP1 Projektmanagement, AP2 Analyse der landwirtschaftlichen Reststoffe, AP3 Additivtests zur Verbesserung der Inputströme, AP4 Analyse des Einflusses der Torrefizierung auf die Pellets und AP6 Entwicklung eines integrierten Anlagenkonzepts. Nachfolgend eine Erläuterung der AP: AP2: Es werden umfassende Analysen und Potenzialerhebungen der landwirtschaftlichen Reststoffe durchgeführt, die im späteren Projektverlauf genutzt werden sollen. AP3: Der später zum Einsatz kommende Festbett-Vergaser benötigt Pellets mit hoher mechanischer Stabilität und hohem Ascheschmelzpunkt. Um beides zu erhöhen, werden die Pellets bei der Herstellung additiviert. Geeignete Additive müssen experimentell bestimmt werden. AP4: Es werden die optimalen Torrefizierungsparameter (Temperatur, Verweilzeit) bestimmt, um im späteren Vergasungsprozess eine hohe Gasqualität zu erreichen. AP6: Auf Grundlage der experimentellen Daten wird ein integriertes Anlagenkonzept entwickelt.
Die Torrefizierung von Biomasse wird derzeit von Seiten der Großkraftwerksbetreiber, mit dem Ziel den Einsatz von Kohle zu verringern, sehr stark vorangetrieben. Diese Anwendung erscheint im Zuge des Umbaus der Stromversorgung jedoch nur als zeitlich eng begrenzte Brückentechnologie. Ziel dieses Vorhabens ist es daher, bereits heute alternative Anwendungen für torrefizierte Biomassepellets in dezentralen Anlagen innerhalb eines erneuerbaren Energiesystems zu identifizieren. Daneben werden auch die Erhöhung des Beitrages und die Flexibilität von Bioenergiekleinanlagen zur bedarfsgerechten Strom- und/oder Wärmebereitstellung sowie das ökologische und ökonomische Potenzial dieser innovativen Biomassepfade untersucht. Technische, ökologische und ökonomische Optimierung etablierter Konversionstechniken im Kleinanlagensektor durch den Einsatz von torrefizierten Brennstoffen. Nachweis der Übertragbarkeit von Untersuchungsergebnissen von einer Laboranlage auf eine Pilotanlage bis hin zum kommerziellen Anlagenbetrieb und dessen Beitrag zur bedarfsgerechten Energiebereitstellung. Entwicklung einer Road Map zur Markteinführung von torrefizierten Brennstoffen in Deutschland, einschließlich der dafür notwendigen administrativen Rahmenbedingungen sowie der ökonomischen und ökologischen Auswirkungen.
Thema: Das Vorhaben beschäftigt sich mit der Eignung torrefizierter Brennstoffe für den Einsatz in Bioenergiekleinanlagen. Dies beinhaltet konkret die Energiebereitstellung durch Kleinvergasungs- und Kleinfeuerungsanlagen. Hintergrund ist es, die äußerst vielversprechend erscheinende Technologie der Torrefizierung auch für dezentrale Kleinanwender nutzbar zu machen.
Ziel: Ziel ist die Identifizierung der Eignung torrefizierter Biomassepellets für die Bioenergiebereitstellung in Kleinvergasungs- und Kleinfeuerungsanlagen. So werden mögliche Auswirkungen auf die Erhöhung des Beitrages und die Flexibilität von Bioenergiekleinanlagen zur bedarfsgerechten dezentralen Strom- und/oder Wärmebereitstellung untersucht sowie das ökologische und ökonomische Potenzial dieser Konversionspfade ermittelt. Die Erschließung des Marktpotenzials fließt abschließend in die Erstellung eines Road-Map-Reports ein.
Maßnahmen: - Es werden Versuche mit dem Einsatz torrefizierter Biomasse in einer 90kWth-Burkhardt-Pilotanlage durchgeführt. Bei den Prozessparametern werden vorrangig die Vergasungstemperatur und die Zusammensetzung des generierten Brenngases sowie die Mengen an zugeführter torrefizierter Biomasse, an Reststoffen und an Brenngas bestimmt. Weiterhin werden Analysen zur Zusammensetzung der Vergasungsreststoffe betrachtet, um eine Energie- und Stoffbilanzierung durchführen zu können. Zur Bestimmung der bilanzrelevanten Kenngrößen unterstützt uns das DBFZ z.B. bei der Bestimmung von Kohlenwasserstoffen oder der Durchführung von Ascheanalysen. Mit Hilfe dieser Daten und der Ergebnisse aus AP4 können grundlegende Vergasungseigenschaften validiert und die Übertragbarkeit der Ergebnisse zwischen den angewendeten Vergasungstechnologien Festbett (Laborvergaser) und Schwebebett (Burkhardt-Pilotanlage) geprüft werden. Aus den gewonnenen Ergebnissen lassen sich auch erste Informationen hinsichtlich der Dauerbetriebsfähigkeit der Pilot- und der kommerziellen Vergasungsanlage ableiten.
Aufbauend auf den Versuchen mit dem Laborvergaser und der Pilotanlage werden weitere Versuche in einer kommerziellen Biomassevergasungsanlage (180kWel) mit ausgewählten torrefizierten Biomassen durchgeführt. Dabei steht die Untersuchung des Verhaltens der Anlage im Dauerbetrieb im Vordergrund. Um einen Vergleich zu den Untersuchungen in der Pilotanlage und dem Laborvergaser aufstellen zu können, werden auch während des Dauerbetriebs die prozessrelevanten Anlagenkenngrößen mit Unterstützung des DBFZ aufgezeichnet und ausgewertet. Dadurch können der Einfluss der verschiedenen Anlagengrößen und der Vergasungstechnologie auf die Übertragbarkeit untereinander geprüft und Handlungsempfehlungen für die Übertragung der gewonnenen Ergebnisse auf andere derzeit betriebene kleintechnische Biomassevergasungsanlagen entwickelt werden. Text gekürzt