Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Produktgase aus der Biomassevergasung, welche die genannten Verunreinigungen aufweisen, konnen in nachgeschalteten Konversionsanlagen nur eingeschrankt ge — nutzt werden. Beispielsweise beginnen die Teerverbindungen im Produktgas bei einer Abkuhlung auf Temperaturen unter ca. 300 °C auszukondensieren und kon­nen u. a. Leitungen und Filter zusetzen. Auch konnen die im Gas befindlichen Partikel bei einem Einsatz z. B. in Gasturbinen oder Gasmotoren Erosionen verur — sachen und dadurch die technische Lebensdauer derartiger Anlagen signifikant reduzieren. Zusatzlich konnen die im Gas befindlichen Alkalimetalle zur HeiBgas — korrosion und zu Ablagerungen in den Konversionsanlagen fuhren, in denen das Produktgas verbrannt wird. Schwefel-Verbindungen wirken hingegen vergiftend auf Katalysatoren in Brennstoffzellen oder Synthesereaktoren.

Fur eine problemlose und effiziente Gasnutzung in den jeweiligen Konversions­anlagen kommt deshalb der Entwicklung und Realisierung geeigneter Gasreini — gungstechniken eine zentrale Bedeutung zu. Vor diesem Hintergrund werden im Folgenden die wesentlichen Forderungen an die Gasreinheit diskutiert, wie sie zum problemlosen Betrieb der wesentlichen Wandlungstechniken nach dem gegenwar — tigen Stand des Wissens notwendig sind.

Nutzung zur Warmebereitstellung. Aufgrund der Robustheit und Unempfind — lichkeit vorhandener Brenner ist eine Reinigung des Produktgases beim Einsatz in Gasbrennern im Regelfall nicht erforderlich. Es muss nur sichergestellt werden, dass das den Vergaser verlassende Gas vor dem Eintritt in den Brenner nicht so weit auskuhlt, dass die im Gas befindlichen kondensierbaren Bestandteile ausfallen konnen. Der notwendige Gasreinigungsaufwand wird damit im Wesentlichen von den zulassigen (meist gesetzlich geregelten) Schadstoffgrenzwerten der Abgase bestimmt (z. B. Emissionsvorschriften oder Reinheitsanforderungen an das "Heiz- gas").

Nutzung in Motoren. Die derzeit verfugbaren Gasmotoren benotigen ein Gas, das moglichst wenig kondensierbare Teerverbindungen und Partikel bzw. andere Ver — unreinigungen enthalt, da diese zu Verklebungen, Erosionen bzw. Korrosionen der Ventilsitze und der Zuleitungen fuhren konnen. Je weniger Partikel im Gas enthal — ten sind, desto kleiner ist die Abnutzung im Motor und damit der Wartungs — und Unterhaltsaufwand. Dies gilt gleichermaBen fur den Gehalt an Alkalien und Halo- genen sowie Sauergasen (z. B. H2S) und Ammoniak (NH3), welche die Betriebs — zeit des Motorenols verkurzen konnen /11-59/.

Fur eine sichere Produktgasnutzung in Verbrennungsmotoren ist damit nach T abelle 11.9 neben der Partikelabscheidung — j e nach Vergaserart (Kapitel 11.1.1) und Brennstoff — auch eine Teerabscheidung erforderlich. Dies geschieht in der Regel durch Abkuhlung und Kondensation bzw. Auswaschen der Teere bei niedri — gen Temperaturen. Dies fuhrt auBerdem zu einer Erhohung der Energiedichte des Gases; dies ist aus motorischer Sicht erwunscht (d. h. hohere Leistungsdichte und hoherer Wirkungsgrad).

Nutzung in Gasturbinen. Fur den Einsatz des Produktgases aus der Biomasse — vergasung in Gasturbinen sind im Vergleich zu einer motorischen Nutzung hohere Anforderungen bezuglich der Partikel — und Alkaligehalte zu erfullen.

Beispielsweise kann zur Sicherstellung niedriger Alkaligehalte das Gas vor der Gasreinigung auf unter 500 °C abgekuhlt werden, da die meisten Alkalimetall — dampfe bei Temperaturen unter 500 bis 550 °C an den Partikeloberflachen von Feinstauben auskondensieren und dann mit diesen abgeschieden werden konnen. Die Reinigung des Produktgases von Partikeln kann damit bei diesen Temperatu­ren erfolgen; dies ist aus energetischen Grunden erwunscht, da dadurch mehr Energie in der Turbine zur Stromerzeugung zur Verfugung steht.

Kondensierbare Bestandteile (d. h. Teere) mussen dagegen nur dann abgeschie — den werden, wenn aus verfahrenstechnischer Sicht eine weitergehende Tempera — turabsenkung im Produktgas notwendig ist. Durch die Abscheidung wird verhin — dert, dass diese Komponenten an den Filteranlagen auskondensieren und es da — durch zu einer Verstopfung und Verklebung der Filter kommen kann. Ansonsten verbrennen die Teerbestandteile in der Turbinenbrennkammer.

Bezuglich Stickstoff(N)-, Schwefel(S)- und Halogen(Cl)-Verbindungen im Pro — duktgas sind primar Umweltwirkungen bzw. die einschlagigen Emissionsbe- schrankungen zu beachten.

Nutzung in Brennstoffzellen. In Brennstoffzellen, die mit extern oder intern re — formiertem Erdgas betrieben werden konnen, kann grundsatzlich auch reformiertes und konvertiertes Produktgas aus der Biomassevergasung eingesetzt werden /11-128/. Allerdings sind dafur sehr hohe Anforderungen an die Gasreinheit zu erfullen, um Reaktionshemmungen in der Brennstoffzelle zu verhindern. Diese Anforderungen sind bei den Hochtemperatur-Brennstoffzellen (z. B. MCFC (Mol­ten Carbonate Fuel Cell), SOFC (Solid Oxid Fuel Cell)) geringer als bei den Nie- dertemperatur-Brennstoffzellen (z. B. PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell)). Das liegt daran, dass bei der ersten Gruppe die Gasreformierung innerhalb der Zelle erfolgt, da die endotherme Reformierreaktion aus der Warme des exothermen Pro- zesses der Brennstoffzelle gespeist werden kann; damit muss Energie nicht separat aus dem Brenngas bereitgestellt werden. AuBerdem entzieht die Reformierreaktion der Brennstoffzelle Warme und reduziert dadurch den Kuhlbedarf.

Grundsatzlich gelten jedoch Schwefel — und Halogenverbindungen bei alien Brennstoffzellentypen als hoch wirksame Gifte. Sie mussen deshalb auf sehr ge — ringe Anteile reduziert werden.

PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell) reagieren beispielsweise auch empfindlich gegenuber Kohlenstoffmonoxid (CO), da hier die Elektrodenbeschichtungen aus Edelmetallen (z. B. Platin, Gold) bestehen. Kohlenstoffdioxid (CO2) und Methan (CH4) verhalten sich bei diesen Brennstoffzellen dagegen inert, reduzieren aber den Wirkungsgrad.

Erfahrungen mit dem Einsatz von reformiertem Erdgas als Brenngas haben ge — zeigt, dass sich der Stickstoffgehalt im Brennstoff negativ auf die Zellspannung von PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell) und damit den Wirkungsgrad auswirken kann. Dies ist der Fall, wenn der Stickstoff in Ammoniak umgesetzt wird, welches im Zellenstapel mit der Phosphorsaure reagiert und dadurch den chemischen Pro- zess an der Kathode behindert. Zu den ohnehin hohen Aufwendungen fur die Gas- aufbereitung kann damit auch noch eine Stickstoffabtrennung aus dem Produktgas hinzukommen.

Zusammengenommen sind die Anforderungen, die das Produktgas fur den Ein — satz in Brennstoffzellen zu erfullen hat, sehr hoch. Aufgrund der vielfach noch in der Entwicklung befindlichen Brennstoffzellen sind aber die Anforderungen insge — samt vielfach noch nicht klar definiert. Dies liegt auch darin begrundet, dass viele Brennstoffzellentypen noch nicht hinsichtlich aller verfahrenstechnischen Aspekte ausgereift und groBtechnisch verfugbar ist. Weiters liegen keine Langzeiterfahrun — gen mit einem Betrieb von Produktgas in Brennstoffzellen vor, so dass auch von dieser Seite keine quantitativen Festlegungen moglich sind.

Nutzung als Synthesegas. Beim Einsatz des Produktgases als Synthesegas zur Herstellung flussiger und/oder gasformiger Kraftstoffe muss u. a. der Stickstoffge­halt des Gases minimal sein. Beispielsweise fuhrt eine — bei Vergasung mit Luft ubliche — Stickstoffkonzentration von etwa 50 Vol.-% zu sehr hohen Kompressor- leistungen bzw. zu einer Herabsetzung der Partialdrucke der Reaktanden fur die anschlieBende katalytische Synthese (z. B. Fischer-Tropsch-Synthese, Methanol- synthese, Methanisierung).

Bei allen Anlagen zur Synthesegaserzeugung wird daher ein nahezu inertgas — freies Produktgas gefordert; damit scheidet Luft als Sauerstoffquelle aus. Gut ge — eignet fur Synthesen sind insbesondere Produktgase aus der Vergasung mit Dampf bzw. mit Sauerstoff-Dampf-Gemischen. Dies hat den zusatzlichen Vorteil, dass dann auBerdem das Verhaltnis von Wasserstoff (H2) zu Kohlenstoffmonoxid (CO) naher bei dem fur die jeweilige Synthese stochiometrisch notwendigen Verhaltnis liegt.

Auch die Anforderungen an das Produktgas bezuglich Teer (z. B. < 0,1 mg/m3n), Ammoniak (NH3) (z. B. < 1 ppm) und Schwefel(S)-Komponenten (z. B. < 0,1 mg/m3„) sind im Vergleich zu der Anwendung in einem Gasmotor oder einer Gasturbine auBerst hoch (vgl. Tabelle 11.9).

Aufgrund dieser hohen Reinheitsanforderungen werden bei kommerziellen GroBanlagen zur Herstellung von Synthesegasen (> 10 000 m3n/h) — uber die Ver — gasung von Kohle, Erdgas oder Raffinerieruckstanden — nahezu ausschlieBlich Tieftemperaturwaschen (z. B. Rectisol-Wasche) eingesetzt /11-22/, /11-98/, /11-160/. Fur den Einsatzstoff Biomasse werden — auch wegen der potenziell klei — neren Anlagenleistungen — derzeit alternative Verfahren mit geringerem anlagen — technischem Aufwand (z. B. Olwaschen) untersucht /11-22/.

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