Verschiedene Untersuchungen deuten an, dass über technische Verfahren der Gaserzeugung das verfügbare Biomassepotenzial effizient für eine energetische und chemische Nutzung erschlossen werden kann. Die erfolgreiche Demonstration von Verfahren zur Gaserzeugung aus Biomasse (insbesondere aus Stroh und Waldrestholz) und zur Gasnutzung steht jedoch noch aus. Hierzu hat das Forschungszentrum Karlsruhe ein längerfristig angelegtes Vorhaben zur "Gaserzeugung aus Biomasse zur energetischen und chemischen Nutzung" begonnen. Ziel dieses Vorhabens ist, das Energiepotenzial von trockener Rest- und Abfallbiomasse aus der Land- und Forstwirtschaft zu erschließen und eine höherwertige Nutzung zu ermöglichen.
Dazu wurden im Rahmen des vom Ministerium für Ernährung und Ländlichen Raum (MLR) Baden-Württembergs geförderten Projekts „Gaserzeugung aus Biomasse I“(Kurztitel) von ITAS und den beteiligten Instituten ITC-CPV und IKET im Zeitraum von 2002 bis 2005 wissenschaftliche Vorarbeiten zur Schnellpyrolyse und Vergasung von Stroh und Waldrestholz durchgeführt. Ein Ergebnis dieser Arbeiten war die Entwicklung des Karlsruher bioliq®-Verfahrens zur Bereitstellung von Synthesekraftstoff. Von ITAS wurden in diesem Projektabschnitt anhand systemanalytischer Untersuchungen die spezifischen Vor- und Nachteile des im Forschungszentrum Karlsruhe verfolgten zweistufigen Verfahrens der Gaserzeugung – einschließlich der vorgeschalteten Schnellpyrolyse – herausgearbeitet und konkurrierenden Alternativen der Biomassenutzung bzw. fossilen Referenztechnologien gegenübergestellt. Ein Einblick in die vorliegenden Ergebnisse dieser systemanalytischen Arbeiten kann bei Systemanalyse zur Gaserzeugung aus Biomasse I gewonnen werden.
Im April 2006 hat das Ministerium für Ernährung und Ländlichen Raum (MLR) des Landes Baden-Württemberg die zweite Projektphase für die "Herstellung von Synthese-Kraftstoffen aus Restbiomasse der Forst- und Landwirtschaft nach dem Karlsruher Bioliq-Verfahren" (Kurztitel: „Gaserzeugung aus Biomasse II“) bewilligt. Im Jahr 2007 wurde das Projekt an das Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg (WM) übertragen, so dass dieses seit Dezember 2007 Auftraggeber ist und das Projekt betreut. Die an diesem Projekt beteiligten Institute des Forschungszentrums Karlsruhe sind:
- ITAS (Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse)
- ITC-CPV (Institut für technische Chemie - Bereich Chemisch-Physikalische Verfahren)
- ITC-TAB (Institut für technische Chemie - Bereich Thermische Abfallbehandlung)
Die Projektleitung wird vom ITC-CPV übernommen.
Ziel dieses Anschluss-Projekts ist die erforderliche Verbesserung und Optimierung der einzelnen Verfahrensschritte des Karlsruher bioliq-Verfahrens entlang der Prozesskette, bestehend aus Schnellpyrolyse, Slurryherstellung, Gaserzeugung und -konditionierung sowie Kraftstoffsynthese. Die bisherigen Arbeiten (siehe Projekt: "Gaserzeugung aus Biomasse I") haben die prinzipielle Machbarkeit des Verfahrens nachgewiesen. Auf Basis dieser grundlegenden wissenschaftlichen Arbeiten des Forschungszentrums Karlsruhe ist nun ein durchgängiges und belastbares Verfahren in halbtechnischen Versuchsanlagen (im Kilogrammmaßstab) zu entwickeln und durch systemanalytische Forschung zu begleiten. Hierdurch soll ein wichtiger Beitrag zur möglichst hochwertigen Nutzung trockener Restbiomasse aus der Land- und Forstwirtschaft geleistet werden.
Die Arbeiten von ITC-CPV konzentrieren sich bei diesem Projekt auf die Ertüchtigung der bereits vorhandenen Schnellpyrolyse-Versuchsanlage und deren Versuchsbetrieb mit unterschiedlichen Wärmeträgern und Einsatzstoffen. Hierbei sollen die Pyrolyseprodukte charakterisiert und Slurry-Testchargen für Vergasungsversuche bereitgestellt werden. Darüber hinaus werden Arbeiten zur Konzeption, Auslegung und Bau einer Slurrydosierung durchgeführt; dies schließt den Betrieb der Slurrydosierung unter verschiedenen Betriebsbedingungen mit ein.
ITC-TAB führt Arbeiten zur Konzeption, Auslegung und Aufbau eines Druck-Zerstäuber-Prüfstands durch und betreibt diesen mit verschiedenen Modellsubstanzen und biomassestämmigen Slurries. Des Weiteren wird der vorhandene Technikums-Vergaser umgebaut und die Synthesegaserzeugung aus Slurries bei unterschiedlichen Reaktionsbedingungen für die Gasreinigung, Gasaufbereitung und Synthese untersucht. In den Technikumsvergaser wird eine chemische Quenchstuf integriert und mit unterschiedlichen Quenchmedien (Gas, Feststoff) betrieben.
Die systemanalytischen Untersuchungen von ITAS zu diesem Projekt konzentrieren sich auf folgende Bereiche:
- Abschätzungen (Basisjahr 2007) zum verfügbaren Aufkommen an Stroh, Waldrestholz und Heu; Prozesskettenanalysen zur Biomassebereitstellung (Erfassung, Konditionierung, Lagerung und Transport)
- Verfahrensvergleiche der Biomasseeinspeisung in einen Druckvergaser als Feststoff (Staub) über Druckschleusen
- Verfahrensvergleich der Synthesegasnutzung zur Produktion von Fischer-Tropsch-Kraftstoff oder Methanol
