Stefan Müller, Johannes Schmid, Hermann Hofbauer Energie.Versorgung,Sicherheit,
Klimaaktiv-Veranstaltung
Urania, Dachsaal, Uraniastraße 1, 1010 Wien, 20.06.2017
Kontakt:
stefan.mueller@tuwien.ac.at
Holzgas – Wärme, Strom, Gas
und Treibstoffe aus Biomasse
Ausgangssituation
Energiepolitik:
• Sicheres & nachhaltiges Energiesystem
• Leistungsfähige “Low-Carbon Technologien”
Derzeitige Situation:
• Hohe Preise für Biomasse
• Wirtschaftlicher Druck auf Anlagenbetreiber Ziel der Technologieentwicklung:
• Brennstoffflexibilität
• Produktflexibilität
• Gasqualität & Wirkungsgrad
Waldhackgut
Brennstoffproben TU WIEN
Forschungsfrage
Welchen sinnvollen Beitrag kann die Gaserzeugungstechnologie der TU Wien vor dem Hintergrund der energiepolitischen Ziele in Österreich bzw. in Europa im Kontext des Übereinkommens von Paris leisten?
Im konkreten bedeuten die Ziele folgende Maßnahmen
[1]:
• Halbierung fossiler CO
2-Emissionen alle 10 Jahre.
• Verdopplung kohlendioxidfreier Energiequellen alle 5 Jahre.
• Aktive Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre.
Vision für Gaserzeugung & Gasnutzung
biogene Reststoffe
Waldhackgut Industrie-
abfall
homogener
Hausmüll Klärschlamm
Wärme Strom Synthetisches
Erdgas
Treibstoffe &
Grundchemikalien
synt heti sche s Kero Wasserstoff sin
RESSOURCEN
PRODUKTE
Technologische Herausforderungen für Vergasung & Gasreinigung
Strom, Gas & Treibstoffe aus Biomasse (Polygeneration)
Gas cleaning
H
2& CO SYNTHESIS
Kommerzielle Produktion von Wärme, Strom
8 MW
thin Güssing 8 MW
thin Oberwart 15 MW
thin Villach
15 MW
thSenden/Neu-Ulm, Deutschland
Source: Ortner
Source: Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm
Biomassekraftwerk Oberwart
Biomassekraftwerk Oberwart
product gas scrubber
screw conveyor drying air compressor
scrubber cooler
product gas compressor
stack flue gas cooler
combustion air compressor
air preheater 1 and 2 thermal oil preheater cyclone
gas engine 1
natural gas
steam generator steam superheater post combustion
chamber
gas engine 2
conveyor
G G
ash container product gas filter
dryer
scrubber basin product gas cooler
1 and 2
product gas cooler 3
gasification zone combustion zone
district heating ORC process
G
flue gas filter
ash recycle
Biomassekraftwerk Senden
Biomassekraftwerk Senden
Source: SWU
Ersatz von hochwertigem
Waldhackgut
Prozess- und Technologieentwicklung
supported by process simulation
first calculations, mass- &
energy balances
process development & data for basic engineering
support of start-up procedures and plant optimization fuel
analysis data experimental results
plant parameters
operation- data simulation-
models concept
idea pilot plant demonstration
plant commercial plant
cold flow model
Erhöhung der Brennstoffflexibilität
Weiterentwicklung des Gaserzeugers
Güssing, Oberwart, Villach, Senden, GoBiGas
Testanlage TU Wien Göteborg
Source: GoBiGas Source: SWU
Senden
Testanlage an der TU Wien
Forschung am Biomassekraftwerk Güssing
BioSNG PDU Technikum Fuelling Station
Gasifier
Erzeugung von synthetischem Erdgas
Biomass Gas CH
4Heat
Heat
100 % DFB- 70–75 % Catalyst 60–64 %
Gasifier
Dryer
Großtechnische Erzeugung von synthetischem Erdgas
32 MW
thin Göteborg, Schweden
Source: GoBiGas, Göteborg Energy
Synthetische Fischer-Tropsch Treibstoffe
Gasification FT-
Synthesis Cleaning/
Conditioning
FT- wax Pure Syngas
H
2/CO= 2 Raw Syngas
H
2/CO=1,5
Hydro- (Co)- Processing Wood
Chips
Steam Hydrogen
(pure/ recycled) Cellulose
Hemicellulose Lignin
FT- fuels Fossil Products
(e.g. LGO, HGO, VGO)
Purge Gas
Wax
Synthetische Fischer-Tropsch Treibstoffe
VERGASUNG SYNTHESE
CO + H
2(C
6H
10O
5)
nCarbon (C) and hydrogen (H) bound in wood
C- and H- building blocks HOLZ SYNTHESE GAS
Fischer-Tropsch hydrocarbons
C
nH
2n+2-CH
2- + H
2O
Hydrocarbon
„monomer“ -CH
2-
KOHLENSTOFFKETTE FT-PRODUKT
CH 3 CH 2
CH 2 CH 2
CH 2 CH 2
C
H 3
Fischer-Tropsch Testanlage
Synthetische Fischer-Tropsch Treibstoffe
0 1 2 3 4 5 6 7
1 6 11 16 21 26 31
Number C-Atoms
Mass-%
Gas Benzin Diesel Wachse
Emissionsreduktion durch synthetische Treibstoffe
• Erzeugte Treibstoffe zeigten ein verbessertes
Emissionsverhalten.
• Berechnungen lassen erwarten, dass 50 % der chemischen
Energie des Ausgangsmaterial in FT-Produkt übergeführt werden kann.
• Die Produktion von
synthetischen Treibstoffen aus
Biomasse wurde erfolgreich
demonstriert.
Preisentwicklung Energieträger
Ökonomische Betrachtung & erwartete Wirkungsgrade
20 EUR/MWh 25 EUR/MWh 35 EUR/MWh 40 EUR/MWh
synt heti sche s Kero sin 30 EUR/MWh
50 EUR/MWh 20 EUR/MWh 10 EUR/MWh 1 EUR/MWh -10 EUR/MWh
Verbrennung
η = 100% SNG-Synthese
η = 65% FT-Synthese
η = 50%
Wasserstoff
η = 60% Verstromung
η = 35%
220 EUR/MWh
60 EUR/MWh 100 EUR/MWh
• Die entwickelte Technologie kann eine Schlüsseltechnologie bei der Erreichung der klimapolitischen Ziele darstellen. Erforderliche technologische Lösungen wurden bereits erarbeitet.
• Tragfähige wirtschaftliche Rahmenbedingungen sind erforderlich.
Unter dem derzeitigen ökonomischen Rahmenbedingungen scheint eine zeitnahe Umsetzung aussichtslos. Biomasse ist zu teuer. Der Marktpreis möglicher Endprodukte zu billig. Die bestehende
Infrastruktur ist aus Versorgung mit fossilen Energieträgern
ausgerichtet. Dies stellt einen massiven Wettbewerbsnachteil für fortschrittliche Biomassenutzung dar.
• Eine von renommierten Forschern schon seit Jahrzehnten geforderte Ökologisierung des Steuersystems ist erforderlich.
Zusammenfassung & Ausblick
Kontaktdaten
Contact:
Head of the “project group”
GASIFICATION AND GAS CLEANING within the research group of Prof. Hofbauer Univ.Ass. Dipl.-Ing.(FH) Dr. Johannes SCHMID
Email: johannes.schmid@tuwien.ac.at Web: http://www.vt.tuwien.ac.at Phone: +43 1 58801 166385
Contact:
Head of the “research group”
FUTURE ENERGY TECHNOLOGY
Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr. Hermann HOFBAUER
Email: hermann.hofbauer@tuwien.ac.at Web: http://www.vt.tuwien.ac.at
Phone: +43 1 58801 166300
Contact:
Head of “modelling & process simulation” within the project group GASIFICATION AND GAS CLEANING
Dipl.-Ing. Dr. Stefan MÜLLER
Email: stefan.mueller@tuwien.ac.at Web: http://www.vt.tuwien.ac.at Phone: +43 1 58801 166366
