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| Biomassekraftwerk
Güssing: Holz zu synthetischem Erdgas
(SNG) |
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| Holz
als Brennstoff zum Heizen deckt heute in der Schweiz 3.6% des gesamten
Endenergieverbrauchs ab. Mit einer verstärkten Nutzung der Energieholz-
und Altholzpotenziale kann der Anteil des Holzes an Bereitstellung der
Endenergie zwar noch erhöht werden, das Potenzial ist aber letztendlich
durch die nutzbare Waldfläche begrenzt.
In
den vergangenen 20 Jahren hat die Nachfrage nach Treibstoffen und Strom
beständig zugenommen, während der Bedarf an Heizwärme stabilisiert
bzw. reduziert werden konnte. Holzfeuerungen sind heute die weitaus wichtigste
Technologie für die Holznutzung, allerdings ist ihr Beitrag zur Schadstoffbelastung
verglichen mit demjenigen anderer Brennstoffe sehr hoch (vor allem beim
Feinstaub). Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage nach der Entwicklung
neuer Technologien, welche die Ressource Holz optimal nutzen können.
Optimal heisst, dass Holz als Primärenergie die in Zukunft nachgefragten
Endenergieformen mit möglichst hohem Wirkungsgrad und geringen Schadstoffemissionen
bereitstellen können soll. |
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Die Vergasung
von Holz und die Aufbereitung des resultierenden Gases auf Erdgasqualität erlaubt, die oben aufgeführten Kriterien zu erfüllen: Die Umwandlung
lässt sich mit hohem Wirkungsgrad durchführen, die Nutzung
des Gases kann dezentral mit geringen Schadstoffemissionen erfolgen
(z.B. um Faktor 50 bis 100 geringerer Feinstaubausstoss über die gesamte
Prozesskette) und die Technologie erlaubt somit auch eine Endnutzung
in den Bereichen Mobilität (Erdgasfahrzeuge) und Stromerzeugung.
Das
Paul Scherrer Institut PSI befasst sich seit etwa 2000 mit der Idee, Holz
zu synthetischem Erdgas (SNG) zu verarbeiten,
um damit einen höherwertigen, flexibel nutzbaren Energieträger
zur Verfügung zu stellen. Das SNG soll in die Erdgasleitung eingespeist
werden können. In Zusammenarbeit mit Partnern aus Forschung und Industrie
hat das PSI Grundlagenuntersuchungen zur katalytischen Umwandlung von Produktgas
aus einer thermischen Holzvergasung zu Pipeline-tauglichem SNG durchgeführt.
Es konnte gezeigt und im Langzeitversuch (>1000 Betriebsstunden mit Holzgas)
bestätigt werden, dass diese Idee technisch umsetzbar ist. Das PSI
mit seinen Kompetenzen in den Bereichen der katalytischen und der thermischen
Verfahrenstechnik ist in dieser Entwicklung weltweit führend.
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| Das
Verfahren vom Holz zum SNG |
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 Energieholz
wird mit Dampf zu einem stickstofffreien Gas vergast. Der dazu erforderliche
Vergaser ist seit 2002 am Biomassekraftwerk Güssing in Oesterreich
mit einer Brennstoffleistung von 8 MW im Betrieb. Die brennbaren Anteile
des Gases sind vor allem Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan,
dazu höhere Kohlenwasserstoffe (Teere).
Dieses
Gas wird gereinigt (Entfernung von Schwefelverbindungen) und anschliessend
in der Methanierungsstufe mit Hilfe eines Nickel-Katalysators zu einem
Gemisch aus Methan und Kohlendioxid (CO2) umgewandelt.
Das
Gas aus der Methanierungsstufe wird anschliessend durch Kohlendioxid (CO2)-Abtrennung
auf Erdgasqualität aufbereitet.
In
technischen Anlagen kann SNG mit einem Brutto-Wirkungsgrad von über
60 % erzeugt werden. Mittelfristig besteht ein Potential, den Wirkungsgrad
durch eine Optimierung des Systems Vergasung-Methanierung noch zu
verbessern. Neben SNG fällt aus dem Prozess als zusätzliches
kommerziell verwertbares Produkt Abwärme an, welche zur Stromerzeugung,
zur Deckung von industriellem Wärmebedarf oder zur Speisung von Fernwärmenetzen
eingesetzt werden kann. Damit lässt sich der Gesamtwirkungsgrad auf
über 80% steigern, was sowohl aus ökologischen wie ökonomischen
überlegungen wichtig ist.
| Umsetzung
der Forschungsergebnisse |
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Zur
Umsetzung der Forschungsergebnisse wurde 2004 das schweizerisch-Österreichische
Konsortium "Methan aus Holz" gegründet mit der Aufgabe, die Technik
der effizienten Umwandlung von Holz zu SNG zu entwickeln. Am Standort des
Biomassekraftwerks Güssing wurde eine Demonstrationsanlage in einem
für den technischen Nachweis relevanten Massstab realisieriert und
damit die Voraussetzungen geschaffen, Anlagen für die Produktion und
Netzeinspeisung von SNG aus Holz errichten zu können.
Im
Konsortium sind die massgeblichen Partner aus der Forschung und dem Anlagenbau
zusammengeschlossen. Das Know-how für die Vergasungstechnik liegt
bei der Technischen Universität Wien und der Firma Repotec Umwelttechnik
GmbH (Wien), dasjenige für die katalytische Umwandlung und Aufbereitung
des Produktgases zu SNG beim Paul Scherrer Institut und der Schweizer Firma
CTU - Conzepte Technik Umwelt AG (Winterthur), welche auch die Verantwortung
für die Leitung des Konsortiums innehat.
Ein
wichtiger Meilenstein in der Entwicklung des Verfahrens wurde 2008 erreicht:
Am Biomassekraftwerk Güssing wurde die technisch repräsentative
1 MW Demonstrationsanlage für die Methanierung von Holzgas und die
Aufbereitung des Produkts zu Erdgasqualität in Betrieb genommen. Die
Anlage wurde auf Grund der vorgängig im kW-Massstab erarbeiteten Verfahrensgrundlagen
gebaut und dient dazu, die Auslegungsdaten einer technischen Anlage experimentell
zu bestätigen. Diese entscheidende Phase der Entwicklung wurde im
Rahmen eines von der Europäischen Union, swisselectric research und
mit öffentlichen Österreichischen Fördermitteln unterstützten
Projekts (Bio-SNG) realisiert. Der Versuchsbetrieb in den kommenden Monaten
wird die für die Planung und Auslegung von industriellen Anlagen nötigen
Informationen und Regeln zur weiteren Hochskalierung liefern, womit die
verbleibenden technischen Risiken entscheidend verkleinert werden können.
Mit
der Anlage in Güssing wurde die weltweit erste Anlage realisiert,
die Holz via Dampfvergasung und katalytische Methanierung in ein mit dem
Gasnetz kompatibles Gas mit Wirkungsgraden von über 60% umwandeln
kann. Bisheriger Stand der Technik ist die reine Wärmenutzung oder die Produktion
von Strom durch einen Dampfprozess. Andere in Entwicklung stehende Technologien
streben die Produktion von Flüssigtreibstoff an, was aber nur mit
deutlich geringerem Wirkungsgrad als durch die Produktion von SNG erreicht
werden kann. Zudem können Flüssigtreibstoffe nur in sehr
grossen Anlagen produziert werden, was höchste Anforderungen an die
Bereitstellung der Biomasse stellt und den Absatz der hohen Menge an produzierter
Abwärme massiv erschwert, wenn nicht sogar unmöglich macht. Mit
Bezug auf den Gesamtwirkungsgrad wird also SNG immer deutlich im Vorteil
sein.
| Markteinführung |
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Das
Interesse an der Technologie der SNG-Produktion aus Biomasse ist gross.
Bereits zeichnet sich ein Markt für solche Anlagen im In- und Ausland
ab. Kunden für solche Anlagen sind insbesondere die Gasversorger,
die Elektrizitätswirtschaft und regionale Energieversorger. Die industriellen
Partner des Konsortiums bearbeiten zurzeit Offertprojekte im In- und Ausland,
in denen die Technologie zum Einsatz kommen soll. Die erfolgreiche Realisierung
der Demonstrationsanlage Güssing und die damit gemachten ersten Betriebserfahrungen
sind eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung des sich abzeichnenden
Marktes für Anlagen, die in gegebene Infrastrukturen integriert und
damit besonders energieeffizient genutzt werden können.
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