AUSGANGSSITUATION
In vielen energieintensiven Industrien fehlen bislang wirtschaftlich tragfähige Lösungen, um Treibhausgas-emissionen zu senken. CCS und CCU sind nur in großtechnischen Anwendungen wirtschaftlich machbar. Ein vielversprechender Weg ist die Substitution fossiler Kohle und fossilen Erdgases durch Pflanzenkohle (Biokohle) und erneuerbares Pyrolysegas.
Pflanzenkohle wird üblicherweise aus Biomasse in langsamen Pyrolyseprozessen hergestellt. Diese Technologien sind zwar ausgereift, haben aber entscheidende Nachteile, die sie für industrielle Anwendungen unattraktiv machen: ein Batchprozess, eine unzureichende Pyrolysegasqualität und eine begrenzte Energieeffizienz. Das im Pyrolysegas enthaltene Teer- und Kohlenwasserstoffgemisch verhindert die direkte Nutzung des Gases – obwohl es rund 50 % des mit dem Ausgangsstoff gelieferten Heizwerts enthält. Genau hier setzt das Projekt an.
ZIEL DES PROJEKTES
Ziel ist ein neuartiger Durchlaufprozess das hochwertige Biokohle und energetisch nutzbares Pyrolysegas bei sehr geringen Schadstoffemissionen erzeugt – mit einem Umwandlungswirkungsgrad des Rohstoffs in marktfähige Produkte von über 90 %.
Das Konzept basiert auf einem kontinuierlich arbeitenden Gegenstrom-Festbett-Biomassepyrolyseverfahren (CCFBP), das direkt mit einer plasmabasierten Pyrolysegasbehandlung und einem neuartigen Hochtemperatur-Teerreformierungskatalysator (HT-TRC) gekoppelt ist.
So soll das Pyrolysegas für den direkten Einsatz in Gasmotoren, Gasturbinen oder Industriegasbrennern nutzbar werden. Ein Vorteil des CCFBP-Verfahrens ist, dass es ein nahezu staubfreies Pyrolysegas liefert, was neue Ansätze für die Teerreformierung eröffnet. Als Rohstoff sollen reichlich verfügbare, minderwertige Biomasseabfälle dienen; die Technologie wird für eine Produktionskapazität von bis zu 2.000 t/a entwickelt.
UNSERE LÖSUNG
Die PlasmaAir AG entwickelt den Plasmabrenner, der das Herzstück der Pyrolysegasaufbereitung bildet – gezielt ausgelegt auf Wasserdampf als Plasmagas. Diese Wahl ist entscheidend für die Funktion und begründet sich zweifach:
Vermeidung unerwünschter Nebenreaktionen: Anders als bei Luftplasma werden die thermische Bildung von NOx und die Oxidation mit O₂ vermieden.
Bessere Teerreformierung: Das Wasserdampfplasma erzeugt H-, O- und OH-Radikale, die die Reformierung der Teere im Pyrolysegas aktiv verbessern.
Erhöhung des Wasserstoffanteils um bis zu 20%.
Der Beitrag von PlasmaAir umfasst die Entwicklung und Integration des Brenners in den Pyrolysegasreaktor als abgestimmtes Gesamtsystem:
ein lichtbogenbeheizter Plasmabrenner mit simulationsbasiert optimierter Brennergeometrie,
ein Brennerkühlsystem, das seine Wärme in die Wärmerückgewinnung des Pyrolysegases einspeist,
eine CFD-optimierte Mischzone sowie eine thermische Umwandlungszone für den Teer,
im Zusammenspiel mit dem neu entwickelten Hochtemperaturkatalysator.
Damit entwickeln die Projektpartner einen integrierten Reaktor, in dem aus einem bislang schwer nutzbaren Pyrolysegas ein hochwertig, energetisch verwertbarer Energieträger erzeugt wird – und erstmals ein plasmagestütztes System in der Biomassepyrolyse einsetzt wird.
