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Simple SNG - Erzeugung von Erdgas aus Holz über vergiftungsunempfindliche Methanierungskatalysatoren

Der energetische Wirkungsgrad der Herstellung von Erdgas aus Holz liegt theoretisch bei 60-70% und
ist somit im Vergleich zu anderen Verfahren sehr hoch. Außerdem ist durch das Erdgasnetz eine gut
ausgebaute Infrastruktur vorhanden um das synthetisierte Biomethan zu verwerten. Viele
Forschungsprojekte beschäftigen sich daher mit der Herstellung von Erdgas auf Basis der thermischen
Biomassevergasung. Diese Projekte verwenden üblicherweise hochaktive Katalysatoren auf der Basis
von Nickel. Die eingesetzten Katalysatoren sind sehr empfindlich gegenüber Vergiftung durch Schwefel,
Chlor, etc. Es müssen daher sehr aufwendige und teure Verfahren zur Gasreinigung eingesetzt werden
um eine Deaktivierung des Katalysators zu verhindern.
Das Ziel dieses Projekts war folglich potentielle Methanierungskatalysatoren zu untersuchen, welche
resistent gegenüber Schwefelvergiftung sind. Diese Katalysatoren sollten in einer Versuchsanlage mit
realem Produktgas einer Holzvergasung beaufschlagt werden, um auf diese Art und Weise Rohmethan
zu gewinnen. Gleichzeitig sollte der Einfluss dieser Katalysatoren auf Schwefel- und Teerverbindungen
untersucht werden. Eine parallele Reduktion der Teerbeladung wäre wünschenswert, nachdem der
Teergehalt im Holzgas generell ein Problem für das Downstream-Processing von thermischen
Biomassevergasungsanlagen darstellt. Die Katalysatoren sollten von einem großen renommierten
Katalysatorhersteller bezogen werden und in Zusammenarbeit mit diesem ausgewählt werden. Um die
ausgewählten Katalysatoren unter realen Prozessbedingungen zu testen sollte am Biomassekraftwerk
Oberwart eine Laborapparatur aufgebaut werden, welche ca. 1 Nm³/h an Holzgas zu Rohmethan
konvertieren soll. Das langfristige Ziel dieser Entwicklung war es eine einfache robuste Methanierung zu
entwickeln, um kostengünstig Erdgas aus Holz zu erzeugen.
Das Simple SNG Projekt wurde in 3 Arbeitspakete unterteilt. Im ersten Jahr sollte eine Versuchsanlage
konzipiert und errichtet werden, an der die schwefelresistente Katalyse der Methanierungsreaktion im
Produktgas einer Holzvergasung untersucht werden kann. Die Pilotanlage sollte etwa 1 Nm³/h Holzgas
des Biomassekraftwerks Oberwart verarbeiten. Die TU Wien war dabei für die Auslegung der
Pilotanlage, die Firma Binder Industrieanlagenbau® für die Fertigung und die Firma CTS (competence
for technical solutions®) für die Automatisierung verantwortlich. Anschließend sollte eine
Parameterstudie mit verschiedenen Katalysatoren durchgeführt werden. Diese Versuche sollten von der
TU Wien mit Unterstützung des Biomassekraftwerks Oberwart durchgeführt werden. Das Gas sollte
entweder nach dem Kraftwerksfilter (feuchtes Gas, teerreich) oder nach dem Kraftwerkswäscher
(getrocknetes Gas, teerarm) entnommen werden, über den Katalysator geleitet werden und im Eingang
genauso wie im Ausgang analysiert werden. Eine Parameterstudie sollte die optimalen
Betriebsparameter (Temperatur, Dampf-Kohlenstoff Verhältnis) definieren. Im zweiten Arbeitspaket sollte
die Pilotanlage für den Dauerbetrieb weiterentwickelt werden. Die vielversprechendsten Katalysatoren
sollten dann auf deren Langzeitstabilität getestet werden. Im dritten Arbeitspaket sollten die erzielten
Ergebnisse in eine Prozesssimulation implementiert werden und eine Wirtschaftlichkeitsanalyse des
Prozesses angestellt werden.
Der Schwerpunkt des Projektes liegt auf dem experimentellen Nachweis der Wirksamkeit und
Langzeitstabilität der implementierten Katalysatoren. Simulationen und Wirtschaftlichkeitsberechnungen
sollen durchgeführt werden um den Prozess auf einen größeren Maßstab zu skalieren und die
finanziellen Rahmenbedingungen für dessen Realisierung darzustellen.

Das vorliegende Projekt erfüllt eine Reihe von Punkten, die sich die Programmlinie „Neue Energien
2020“ zum Ziel gesetzt hat. Die Substitution von fossilen Brennstoffen durch erneuerbare Rohstoffe hat
einen wesentlichen Einfluss auf die Nachhaltigkeit. Durch die dezentrale Bereitstellung des Brennstoffes
profitieren lokalen Bauern und die Wertschöpfung in der Region wird gestärkt. Gleichzeitig wird die
Importabhängigkeit von Primärenergieträgern reduziert. Arbeitsplätze für hochqualifiziertes Personal
werden im ländlichen Raum geschaffen, wobei insbesondere wirtschaftlich schwache Regionen
profitieren. Außerdem zeichnet sich die Herstellung von BioSNG aus Holz durch einen sehr hohen
Wirkungsgrad aus. Eine große Ausbeute an BioSNG pro verwendeten Hektar an Landfläche wird
ermöglicht. Studien zeigten, dass hier ca. 100GJ/ha möglich sind, was wesentlich besser als z.B. BtL
(70-80GJ/ha) oder Ethanol aus Lignocellulose (50-60GJ/ha) ist (Leipzig, 2008).

Steckbrief

Projektnummer
829898
Koordinator
Technische Universität Wien Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften
Projektleitung
Hermann Hofbauer, hermann.hofbauer@tuwien.ac.at
Förderprogramm
Neue Energien 2020
Dauer
01.2011 - 12.2013
Budget
534.588 €