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Systemanalyse zur Gaserzeugung aus Biomasse II/III

Systemanalyse zur Gaserzeugung aus Biomasse II/III
Projektteam:

Leible, Ludwig (Projektleitung); Beate Fürniß; Stefan Kälber; Gunnar Kappler

Förderung:

Auftraggeber bis 30.11.2007:
Ministerium für Ernährung und Ländlichen Raum (MLR), Stuttgart
Auftraggeber seit 01.12.2007:

Wirtschaftsministerium (WM), Stuttgart

Starttermin:

2006

Endtermin:

2011

Projektpartner:

Institute des Forschungszentrums Karlsruhe (ITC-CPV, ITC-TAB und ITAS)

Forschungsbereich:

Nachhaltigkeit und Umwelt , Energie - Ressourcen, Technologien, Systeme

Beschreibung des Projekts

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 war, 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 war und das Projekt betreute. Die an diesem Projekt beteiligten Institute des Forschungszentrums Karlsruhe waren:

  • 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 wurde vom ITC-CPV übernommen.

Ziel dieses Anschluss-Projekts war 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") hatten die prinzipielle Machbarkeit des Verfahrens nachgewiesen. Auf Basis dieser grundlegenden wissenschaftlichen Arbeiten des Forschungszentrums Karlsruhe sollte nun ein durchgängiges und belastbares Verfahren in halbtechnischen Versuchsanlagen (im Kilogrammmaßstab) entwickelt und durch systemanalytische Forschung begleitet werden. Hierdurch sollte ein wichtiger Beitrag zur möglichst hochwertigen Nutzung trockener Restbiomasse aus der Land- und Forstwirtschaft geleistet werden.

Die Arbeiten von ITC-CPV konzentrierten sich bei diesem Projekt auf die Ertüchtigung der bereits vorhandenen Schnellpyrolyse-Versuchsanlage und deren Versuchsbetrieb mit unterschiedlichen Wärmeträgern und Einsatzstoffen. Hierbei sollten die Pyrolyseprodukte charakterisiert und Slurry-Testchargen für Vergasungsversuche bereitgestellt werden. Darüber hinaus wurden Arbeiten zur Konzeption, Auslegung und Bau einer Slurrydosierung durchgeführt; dies schloss den Betrieb der Slurrydosierung unter verschiedenen Betriebsbedingungen mit ein.

ITC-TAB führte Arbeiten zur Konzeption, Auslegung und Aufbau eines Druck-Zerstäuber-Prüfstands durch und betrieb diesen mit verschiedenen Modellsubstanzen und biomassestämmigen Slurries. Des Weiteren wurde der vorhandene Technikums-Vergaser umgebaut und die Synthesegaserzeugung aus Slurries bei unterschiedlichen Reaktionsbedingungen für die Gasreinigung, Gasaufbereitung und Synthese untersucht. In den Technikumsvergaser wurde eine chemische Quenchstufe integriert und mit unterschiedlichen Quenchmedien (Gas, Feststoff) betrieben.

Die systemanalytischen Untersuchungen von ITAS zu diesem Projekt konzentrierten 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

Ausgewählte Publikationen

KIT Scientific Report "Systemanalyse zur Gaserzeugung aus Biomasse"

Bibliographische Angaben:
Leible, L.; Kälber, S.; Kappler, G.
Systemanalyse zur Gaserzeugung aus Biomasse. Untersuchung ausgewählter Aspekte.
Karlsruhe: KIT Scientific Publishing 2011
(KIT Scientific Reports, 7580)
Volltext / pdf Inhaltsverzeichnis / htm Zusammenfassung / htm

News zu dieser Veröffentlichung: hier

Die von ITAS innerhalb des Vorläuferprojekts „Gaserzeugung aus Biomasse I“ durchgeführten systemanalytischen Untersuchungen wurden zwischenzeitlich in aktualisierter und ergänzter Form publiziert, unter dem Titel: „Kraftstoff, Strom und Wärme aus Stroh und Waldrestholz - Eine systemanalytische Untersuchung“
Volltext/pdf, 3.062 kb Abstract deutsch Abstract englisch Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung

  • ITAS-News zur Publikation vom 10.07.2007 hier
  • Kein Konkurrent für Brot und Milch, Presseinformation 05/2007 hier

Bibliographische Angaben:
L. Leible; S. Kälber; G. Kappler; S. Lange; E. Nieke; P. Proplesch; D. Wintzer und B. Fürniß
Kraftstoff, Strom und Wärme aus Stroh und Waldrestholz – Eine systemanalytische Untersuchung – Karlsruhe: Forschungszentrum Karlsruhe 2007(Wissenschaftliche Berichte, FZKA 7170), 117 Seiten 

Abgeschlossene Dissertationen mit direktem Bezug zum Projekt:

  • ITAS-News zu den Dissertationen vom 02.12.2008  hier

Bibliographische Angaben:
Gunnar Kappler
Aufkommen und zur Bereitstellung von energetisch nutzbarem Reststroh und Waldrestholz in Baden-Württemberg
Eine systemanalytische Untersuchung
Karlsruhe: Forschungszentrum Karlsruhe 2008 (Wissenschaftliche Berichte, FZKA 7416), 169 Seiten
Volltext/pdf / 26.926 kb Kurzfassung Abstract Inhalt Zusammenfassung Summary Einleitung

Stephan Lange
Systemanalytische Untersuchung zur Schnellpyrolyse als Prozessschritt bei der Produktion von Synthesekraftstoffen aus Stroh und Waldrestholz
Karlsruhe: Universitätsverlag Karlsruhe 2008, ISBN 978-3-86644-262-7, 159 Seiten, 28,90 Euro
Volltext/pdf / 2.340 kb Inhalt Einleitung Zusammenfassung

Publikationen

Kontakt

Dr. Ludwig Leible
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS)
Postfach 3640
76021 Karlsruhe

Tel.: 0721 608-24869
E-Mail