Zeitschrift für Küstenzonenmanagement

Abstrakt

Ein neuartiger Holzhackschnitzel-Vergasungsprozess zur sauberen Synthesegasversorgung von Dual-Fuel-Dieselgeneratoren

Ferruccio Pittaluga,

Seit 2011 konzentriert sich das innovative KMU Tecnoforest Ltd. (ehemals ein akademisches Spin-off der Universität Genua) auf die Erprobung bestehender und die Entwicklung neuer, kleinmaßstäblicher Technologien zur Vergasung von Holzschnitzeln, die darauf abzielen, die elektrische und thermische Selbstversorgung ländlicher Unternehmen der Forst- und Landwirtschaftsbranche zu gewährleisten (www.tecnoforest.wordpress.com). Andererseits hat sich der hohe Schadstoffgehalt ihrer Produkte (Synthesegas und Biokohle), der sowohl bei Abwärts- als auch bei Aufwärtsvergasern üblich ist, als Haupthindernis erwiesen, das eine weitverbreitete Verbreitung sowohl in der Landwirtschaft als auch im Bereich der erneuerbaren Energien verhindert, da kaum erschwingliche Maßnahmen zur Schadstoffreduzierung vorhanden sind.
Dank des neuartigen „Batch“-Vergasungsprozesses, der kürzlich bei Tecnoforest Ltd. entwickelt wurde, wird aus der oberen Düse des Vergasers ein teerfreies Synthesegas freigesetzt, während am Boden ein fester Rückstand aus hochreiner Biokohle entsteht, der, wie durch eine offizielle Zertifizierung bestätigt, sowohl für landwirtschaftliche als auch für andere, recht unterschiedliche Anwendungen geeignet ist. Der besagte Prozess findet diskontinuierlich in einem Reaktor statt, der kippbar ist, um am Ende des Prozesses die heiße Biokohle entladen zu können, wonach ein neuer „Vergasungszyklus“ sofort wieder beginnen kann. Einzelheiten finden sich in den Referenzen [6,7]. Der Name des Biokohle produzierenden Vergasers lautet SynChar: Er kann online auf der Website [8] erworben werden. Derselbe grundlegende Prozess, der bei SynChar auf natürlicher Konvektion beruht, kann in einen kontinuierlichen Betrieb mit Umluft umgewandelt werden, indem der Reaktor mit einem Luftgebläse an der Unterseite sowie einem seitlich angebrachten Holzschnitzelzuführer, d. h. einer motorisierten Trichterschneckeneinheit, ausgestattet wird. In diesem Fall kann das teerfreie Synthesegas einem Wassererhitzerbrenner zugeführt oder zu einem Luftheizgerät befördert werden. Am besten geeignet wären Anwendungen zur Beheizung von Gewächshäusern, vielleicht sogar mit dem klaren Vorteil, dass eine Kohlenstoffdüngung der Umgebungsluft herbeigeführt werden kann, die natürlich auf die Sonnenstunden beschränkt ist. Wenn die Abmessungen der Holzspäne im Bereich von 1 bis 3 cm liegen und ihr Feuchtigkeitsgehalt 25 % nicht übersteigt, ist der Vergasungsprozess sehr effizient, was durch einen bemerkenswert geringen Feststoffrückstand belegt wird, der nur aus sauberer Asche besteht. Der Name des Synthesegasgenerators für thermische Anwendungen lautet SynBurner: Seine Hauptmerkmale mit detaillierten Leistungsdaten sind in den Referenzen [6,7] dargestellt. Er kann auch online auf der Website [8] erworben werden.
Der gebläsebetriebene, leicht unter Druck stehende Vergasungsprozess im SynBurner-Reaktor wurde kürzlich zu einer saugbetriebenen Konfiguration umgebaut. Diese letztere Modalität ähnelt, abgesehen vom Druck (der jetzt niedriger als der atmosphärische Druck ist), in Design und Funktionalität weitgehend dem früheren Gegenstück, ermöglicht aber vor allem die direkte Betankung stationärer Verbrennungsmotoren zur Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Der Reaktor, der die obige Bestimmung umsetzt, hat den Namen SynGen: Eine seiner besonderen Eigenschaften, die im gegenwärtigen technologischen Szenario der Holzhackschnitzelvergaser wirklich einzigartig ist, besteht darin, dass er nicht nur Ottomotoren, sondern auch Dieselmotoren mit Kompressionszündung mit Synthesegas versorgen kann. Tatsächlich wird gerade diese letztere Modalität derzeit bei Tecnoforest Ltd. verfolgt. Im einfacheren Fall sind die Dieselmotoren typischerweise vom Zweistofftyp, bei dem die Luft vor dem Einlassventil mit Synthesegas vorgemischt wird und eine kleine Menge flüssigen Kraftstoffs (z. B. Altspeiseöl) nur zu Zündzwecken eingespritzt wird. Eine höchst eigenartige, wenn auch wirklich anspruchsvolle alternative Modalität, die derzeit untersucht wird, beruht auf der Absicht, die Selbstzündungsneigung des Synthesegases, d. h. seine Cetanzahl, zu erhöhen, indem ein frühes Stadium einer Gas-zu-Flüssigkeit-FP-Reaktion (Fischer-Tropsch) herbeigeführt wird, und zwar dank der katalytischen Wirkung von oxidierter Eisenwolle, auf die der Synthesegasstrom unmittelbar vor der Vormischung mit Luft trifft. Es sind noch weitere Experimente erforderlich, um neben den gerade besprochenen Zündeigenschaften (in beiden oben genannten Fällen,
d. h. „Dual-Fuel“- sowie FP-Modalitäten) das Erreichen der „Motorqualität“ für das Synthesegas zu überprüfen. Dieses letztere Problem bezieht sich nicht auf das Vorhandensein von Teer, da dessen Konzentration definitiv als sehr niedrig ermittelt wurde, sondern eher auf das mögliche Mitreißen von feinen Kohlepartikeln im Synthesegasstrom. Um dieses Problem zu lösen, wurde vor dem Motoreinlass ein sehr effizienter Mehrwirbel-Zyklonabscheider installiert.
In vielerlei Hinsicht erscheint der SynGen-Reaktor als eine ganz besondere „angemessene Innovation“: Tatsächlich gelingt es ihm, die bekannten Einschränkungen von Standard-Abwind- (und Aufwind-)Vergasern zu überwinden, ohne auf ein komplexeres Design zurückzugreifen, sondern vielmehr durch eine starke Vereinfachung der Technologie. Auf diese Weise werden die schlechte Qualität des Synthesegases und der mühsame, häufige Wartungsbedarf, der beim Betrieb von Standardvergasern typischerweise auftritt, mit der SynGen-Technologie dank eines sehr einfachen Designs und einer äußerst robusten Struktur richtig behoben. Die wichtigsten Merkmale, die der Bildung von pyrolytischen Schadstoffen im Synthesegas entgegenwirken, sind die „schwimmende Herd“-Vorrichtung und das kleine Volumen im Reaktor, das von der Holzschnitzelsäule eingenommen wird [6,7]. Kürzlich wurden im Tecnoforest Gasification Lab alle oben genannten Aspekte des SynGen-Reaktors, insbesondere seine bemerkenswerte Zuverlässigkeit bei der sicheren Aufrechterhaltung des Dauerbetriebs über längere Zeiträume, als ausreichend erachtet, um die Einspeisung des von ihm erzeugten Gases in einen Dieselmotor zu rechtfertigen, der einen Stromgenerator antreibt. Die Stromerzeugungseinheit wird derzeit Leistungstests unterzogen, über die in der ausführlichen Präsentation berichtet und diskutiert wird.