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Thermo-chemische Verfahren der Brennstoffwandlung

Die energetisch und ökologisch effiziente Nutzung von biogenen und fossilen Energierohstoffen in  Energiewandlungsverfahren mit hohem Wirkungsgrad, breitem Brennstoffspektrum und großer Last- und Produktflexibilität (Fuel-/ Load-/ Product-Flexibility) wird für ein breites Spektrum von Brennstoffen erst durch die Aufbereitung der Brennstoffe in thermo-chemischen Verfahren möglich. Am EBI-ceb werden die Grundlagen der Pyrolyse und Vergasung von festen und flüssigen Energierohstoffen auf Basis von experimentellen Daten und modelltechnischen Überlegungen erarbeitet. Ein Arbeitsschwerpunkt ist auf die Vergasung von Biomasse basierten Brennstoff-Suspensionen unter Flugstrombedingungen bei hohem Druck ausgerichtet.

Katalytisch-chemische Verfahren der Brennstoffwandlung

Die Erzeugung und Umwandlung chemischer Energieträger erfolgt in der Regel mit Hilfe von katalytischen Prozessen. Im Falle nachwachsender Rohstoffe gilt dies ganz besonders für deren Nutzbarmachung über den Weg der thermochemischen Vergasung mit daran anknüpfenden katalytischen (Brennstoff-)Synthesen. Abhängig von den Ausgangstoffen und den gewünschten Produkten werden dabei vielfältige Anforderungen an die Prozesse gestellt, die teilweise nur durch gänzlich neue Verfahrenskonzepte – z. B. dynamisch betreibbare katalytische Reaktionssysteme mit hoher Prozessintegrität - gemeistert werden können. Schwerpunktmäßig werden am EBI-ceb die hierfür nötigen Verfahrenskonzepte aufgestellt und die sich daraus ergebenden grundlegenden theoretischen und experimentellen Fragestellungen zur Entwicklung neuer Verfahren bearbeitet.

Physikalisch-chemische Verfahren der Brennstoffaufbereitung

Chemische Brennstoffe müssen für die meisten technischen Anwendungen strenge Anforderungen bezüglich Reinheit und Zusammensetzung einhalten. Hierzu sind entsprechend energieeffiziente Prozessstufen nötig, die vor allem Reinigungs- und Regenerationsaufwand minimieren. Teilweise kann die Brennstoffaufbereitung auch in den eigentlichen Erzeugungs- oder Umwandlungsprozess integriert sein und so eine vorteilhafte Kombination aus Erzeugung/Umwandlung und Aufbereitung ermöglichen. Am EBI-ceb werden neue Konzepte speziell zur Aufbereitung gasförmiger Brennstoffe in Modell und Experiment abgebildet und auf ihre Eignung zur Prozessoptimierung etablierter Verfahren oder zur Entwicklung neuer Verfahren hin bewertet.

Kat. Synthesen/chem. Energiespeicherung/neue Bioenergieträger

In der Arbeitsgruppe Prof.Schaub werden reaktionstechnische und technisch-systemanalytische Fragestellungen zu neuartigen Erzeugungswegen für chemische Energieträger bearbeitet. Ziel ist dabei im Allgemeinen die Entwicklung von mathematischen Modellen von Reaktoren oder Prozessen auf der Basis von eigenen Experimenten, sowie darauf basierend die Prüfung von Machbarkeit und Attraktivität der untersuchten Erzeugungswege.

Im Fall der katalytischen Synthesen steht die Erzeugung synthetischer Kohlenwasserstoff-Energieträger  aus Erdgas und Biomasse im Mittelpunkt (Fischer-Tropsch Synthese), insbesondere mit den Aspekten CO-reiche Synthesegase, Nutzung von CO2 als Kohlenstoffträger bei der Hoch-Temperatur-Synthese, nichtstationäre Betriebsweise des Synthesereaktors.

Chemische Energiespeicher können zukünftig Bedeutung gewinnen,  wenn fluktuierende erneuerbare Elektrizität in Überschußsituationen gespeichert werden muß. Unklar ist dabei derzeit, welche Energieträger auf welchen Wegen mit akzeptablem ökonomischem und energetischem Aufwand erzeugt werden können.Im Mittelpunkt der eigenen Arbeiten steht die Einbindung von Elektrolyse-H2 in die Synthese a) von Brennwert-erhöhenden Kohlenwasserstoff-Komponenten für Erdgas-Ersatz (SNG) und b) von veredelten Bioenergieträgern (z.B. hydriertes Pflanzenöl, synthetische Kohlenwasserstoffe). 

Für die Erzeugung von Bioenergieträgern sollen zukünftig möglichst solche Biomassen zum Einsatz kommen, die weder direkt noch indirekt mit Nahrungsmittel-Biomassen konkurrieren (d.h. Lignozellulose, Mikroalgen).  Im Fall der Mikrolagen wie der Lignozellulose ist von besonderem Interesse, wieweit der energetische und ökonomische Aufwand minimiert werden kann.  Die eigenen Arbeiten beinhalten systemtechnische Aspekte  von Prozeßintegration, Wirtschaftlichkeit und Kohlenstoff-Bilanzen, im Fall der Mikroalgen speziell für die H2-Erzeugung.