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ReGas4Industry Gase aus regenerativen Reststoffquellen für die Industrie

Ziel des Projektes ist es umweltfreundliche und kostengünstige Energieträger aus (biogenen) Reststoffen für die Industrie bereitzustellen und dadurch den CO2 Ausstoß im Industriebereich durch den Ersatz der bisher genutzten fossilen Energieträger zu reduzieren. Dafür werden Sekundärrohstoffe, die in der Industrie und in Gemeinden anfallen für die Produktion von hochwertigen synthetischen Energieträgern nutzbar gemacht. Als Technologie wird ein, an der TU Wien entwickeltes Zweibettwirbelschicht-Gaserzeugungsverfahren eingesetzt, welches mit einer, im Zuge des Projekts entworfenen, Syntheseapparatur kombiniert wird. Die Zusammenarbeit der SMS group Process Technologies GmbH, der Energy & Chemical Engineering GmbH und der Forschungsgruppe "Brennstoff- und Energiesystemtechnik" im Forschungsbereich "Industrieanlagendesign & Anwendung digitaler Methoden" an der TU Wien ermöglicht so die Untersuchung der gesamten Prozesskette vom Rohstoff bis zum fertigen, direkt einsetzbaren Energieträger.

Als Sekundärrohstoffe werden in ReGas4Industry Klärschlamm, Gärreste einer Biogasanlage, Rejecte aus der Papier- und Zellstoffindustrie sowie Rinde und Lignin untersucht. Diese werden als Brennstoffe für die Gaserzeugung in der Zweibettwirbelschicht eingesetzt und zu hochwertigen Energieträgern wie SNG ("Grünes Gas"), Hythan (H2 & CH4) oder auch flüssigen Kraftstoffen (Fischer Tropsch Diesel, "Biokraftstoffe") und weiteren Syntheseprodukten verarbeitet.

In einem ersten Schritt wird mit Hilfe eines innovativen Zweibettwirbelschicht-Gaserzeugungsverfahrens Produktgas aus den Reststoffen hergestellt. Die Gaserzeugung erfolgt dabei unter der Zugabe von Kohlendioxid (CO2) als Vergasungsmittel zum bis dato gebräuchlichen Wasserdampf (H2O). Anschließend wird das Produktgas gereinigt und einer Syntheseapparatur zugeführt, um die gewünschten alternativen Energieträger herzustellen. Dabei werden grundlegende Reaktionen und Mechanismen bei der Produktion untersucht und die geeignetsten Reststofffraktionen für das Verfahren ermittelt. Die versuchstechnischen Voraussetzungen an der TU Wien sind durch die zur Verfügung stehende 100 kW Zweibettwirbelschichtanlage (konzipiert für schwierige, alternative feste Brennstoffe) weltweit einzigartig und bestens geeignet, um die Gaserzeugung aus Reststoffen und die Produktion von Syntheseprodukten experimentell zu untersuchen. Innovative Syntheseapparaturen samt Gasreinigungsstecke werden im Zuge von ReGas4Industry eigens angefertigt. Dadurch können auch künftig ganzheitliche Prozessketten untersucht werden, bis hin zur Durchführung und Untersuchung von Live-Gas-Synthesen.


Im Zuge der geplanten Untersuchungen sollen umfassende Daten über die grundlegenden Prozesse der Gaserzeugung aus (biogenen) Reststoffen und der darauffolgenden Gasaufbereitungs- und Synthesereaktionen gesammelt werden. Anschließend werden die gewonnenen Daten hinsichtlich einer weiterführenden großtechnischen Anwendung interpretiert. Die erzeugten Sekundärenergieträger werden auf ihr Potential hinsichtlich Speicherfähigkeit und direkter Verwendung als alternative, umweltfreundliche, CO2-neutrale Energieträger für die Industrie geprüft.

Ausgangssituation

Österreich ist weltweiter Technologieführer im Bereich der Gaserzeugung aus Biomasse. Dennoch konnten sich großtechnische Gaserzeugungsanlagen auf Wirbelschichtbasis bisher nicht auf dem Markt behaupten, da die Preise des Ausgangsmaterials, hochwertige holzartige Biomasse (v.a. Waldhackgut), in den letzten Jahren konsequent gestiegen sind. Gleichzeitig ist der Preis für CO2-Emissionsrechte auf äußerst niedrigem Niveau verblieben. Im Projekt ReGas4Industry sollen die vorhandenen Kompetenzen genutzt werden, um grundlegende Untersuchen durchzuführen, die das Potential zur Minderung von Treibhausgasen der Gaserzeugung mittels Zweibettwirbelschicht in noch größerem Ausmaß erschließen. Außerdem werden die ökonomischen Voraussetzungen für diese Technologie deutlich verbessert, indem und auch kostengünstigere Rohstoffe, wie biogene und industrielle Rest- & Abfallstoffe, nutzbar gemacht werden. Gemeinsam mit Kohlendioxid als neues Mittel der Gaserzeugung sollen daraus hochwertige Sekundärenergieträger hergestellt werden.

Die potentielle Menge der Reststoffe in Österreich, die für ReGas4Industry in Fragen kommen (Industrie-, Holzabfälle, Klärschlamm, Kunststoffe, Gärreste, ...) betragen etwa 34.700 GWh p.J. und könnten bei voller Nutzung als Ersatz für fossiles Heizöl und Erdgas 8,1 Mio. Tonnen CO2 pro Jahr einsparen.

 

Bild ReGas 4 Ind

© ReGas4Industry

Projektverlauf

Am Beginn des Projektes steht die Auswahl, Beschaffung und Charakterisierung von geeigneten Reststoffen mittels chemischer Analysen (Ascheanalysen, Acheschmelzverhalten,...), sowie ihre Aufbereitung für die anschießende Gaserzeugung. Dabei wird die verfügbare Menge an (biogene) Rest- und Abfallstoffen in Österreich erhoben und technisch sowie preislich bewertet.

Der nächste logische Schritt ist die experimentelle Gaserzeugung aus den ausgewählten Reststoffen. Dies beinhaltet die Vorbereitung & Adaptierung der Wirbelschichtanlage und die Versuchsdurchführung. Dabei werden Messdaten (insbes. Gaszusammensetzungen) erfasst und durch begleitende Prozesssimulation interpretiert.

Ein weiterer experimenteller Teil des Projektes befasst sich mit Synthesereaktionen, Reaktionskinetik und der Aufbereitung des Produktgases zur Erzeugung von Sekundärenergieträgern. Dafür werden neue Syntheseapparaturen im Labormaßstab geplant und gebaut. Auch hier werden die Versuche durch Prozesssimulation und Modellierungen begleitet.

Zuletzt wird aufgrund der gewonnenen Daten ein Umsetzungskonzept und eine technoökonomische Analyse erstellt. Darin sind qualitative Aussagen über weitere Forschungsaktivitäten enthalten, die für eine Umsetzung der Produktion von Sekundärenergieträgern aus Produktgasen, industriell anfallendem CO2 und biogenen Reststoffen als Syntheserohstoff noch notwendig sind sowie quantitative Aussagen zum technischen, ökonomischen und ökologischen Potential des ReGas4Industry-Konzepts.

Meilensteine
1 Analyse geeigneter Reststoffe / Brennstoffe
2 Bau innovativer Syntheseapparaturen
3 Versuche an der 100kW Zweibettwirbelschicht-Gaserzeugungsanlage mit angeschlossener Gasreinigungsstrecke
4 Versuche an den neuen Syntheseapparaturen und der gesamten Prozesskette mit "Live-Gas"
5 Prozesssimulation zur Validierung und Auswertung
6 Erstellen eines großtechnischen Umsetzungskonzepts sowie von technoökonomischen Analysen und Bewertung der Umweltperformance von ReGas4Industry
Ergebnisse

- Erstmalige Nutzung alternativer Brennstoffe (biogene Reststoffe, industrielle Abfälle, minderwertige Brennstoffe) zur Erzeugung von Energieträgern
- Kaskadische Nutzung: Verwertung von Reststoffen die aus Roh- & Wertstoffketten entstehen/anfallen
- Gaserzeugung aus Reststoffen durch ein neues patentiertes Wirbelschichtsystem an der TU Wien, einmalig auf der Welt
- Bereitstellung eines stickstofffreien, heizwertreichen Synthesegases
- Wiederverwendung von CO2 für den Gaserzeugungsprozess, als Fluidisierungs- und Gaserzeugungsmittel neben Wasserdampf
- Identifizierung von Reststoffen, die aus technischen und ökonomischen Überlegungen für das Verfahren und die Produktion der Sekundärenergieträger am besten geeignet sind und Auswertung der erzielbaren Produktgaszusammensetzungen
- Umfangreicher Neubau von Syntheseapparaturen für mobile Untersuchungen von Synthesereaktionen im Labor der TU Wien mit Produktgas aus realen Anlagen (Live-Gas-Synthese)
- Ermittlung idealer Prozessbedingungen für unterschiedliche Synthesereaktionen
- Beschreibung eines optimierten Umsetzungskonzeptes für die Einbindung in unterschiedliche Industriezweige nach technischen und ökonomischen Gesichtspunkten

Steckbrief

Projektnummer
871732
Koordinator
TU Wien - Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und technische Biowissenschaften
Projektleitung
Hermann Hofbauer, hermann.hofbauer@tuwien.ac.at
Partner
SMS group Process Technologies GmbH
Energy & Chemical Engineering GmbH
Schlagwörter
Greening the Gas SNG Methanierung Gasreinigung Biokraftstoffe CO2-Reduktion Recycling Biomasse Reststoffverwertung Live-Gas Synthese Wirbelschicht Gaserzeugung
Förderprogramm
Energieforschung (e!MISSION)
Dauer
04.2019 - 09.2021
Budget
581.265 €