Engler-Bunte-Institut, Chemische Energieträger – Brennstofftechnologie | EBI ceb

Thermo-chemische Verfahren der Brennstoffwandlung

Die effiziente Nutzung von biogenen und fossilen Energierohstoffen in Energiewandlungsverfahren mit hohem Wirkungsgrad, breitem Brennstoffspektrum und großer Lastflexibilität 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 erarbeitet. Modelle zur Beschreibung der Einzelprozesse werden auf Basis von experimentellen Daten erstellt und für die numerische Simulation des Gesamtprozesses eingesetzt. Die Grundlagenuntersuchungen zur Vergasung von Biomasse basierten Brennstoff-Suspensionen bei hohem Druck im Flugstromreaktor sind ein Forschungsschwerpunkt der zusammen mit den Arbeiten der Abteilung Vergasungstechnologie, ITC vgt, am Institut für Technische Chemie, Campus Nord die Entwicklung des bioliq-Verfahrens vorantreibt. Ein neues Forschungsgebiet ist die thermo-chemische Wandlung von Kunststoffabfällen zur Schließung des Kohlenstoff-Kreislaufs.

Magnetschwebewaage
Magnetschwebewaage zur Bestimmung der Vergasungskinetik

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.

3-Phasen-Methanisierung
3-Phasen-Methanisierung

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.

Blasensäule
Gaswäsche

Kat. Synthesen/chem. Energiespeicherung/neue Bioenergieträger

Vor dem Hintergrund der Energiewende werden Umwandlungstechnologien für erneuerbare Energieträger immer wichtiger. Speziell im Transportsektor gibt es in Zukunft großen Handlungsbedarf, da dieser den größten Anteil am Endenergieverbrauch und gleichzeitig den geringsten Anteil an erneuerbarer Energie hat. Über chemische Konversion, wie der Fischer-Tropsch-Synthese oder der Synthese von gemischten Alkoholen kann man Treibstoffe hoher Qualität aus Biomasse oder auch aus CO2 und Wasserstoff (produziert aus überschüssiger elektrischer Energie) erzeugen.

Am EBI ceb werden diese Synthesen sowohl experimentell untersucht, als auch modelliert. Dabei werden grundlagennahe Aspekte bearbeitet, aber auch sehr angewandte Forschung betrieben. Die Arbeit beinhaltet die Optimierung der Synthese selbst, wobei unterschiedliche Reaktoren (Festbett, Slurry) verwendet werden, als auch Betrachtungen vom Gesamtsystem. Ein Schwerpunkt dabei ist der transiente Betrieb der Synthese. Mit der Kooperation mit BIOENERGY2020+ besteht auch die Möglichkeit die Synthesen im Pilotmaßstab zu untersuchen. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten ist die Aufarbeitung der Produkte, wobei hier das Hydroprocessing näher betrachtet wird. Ziel ist es einerseits über Hydroprocessing die FT Rohprodukte in verkaufsfähige Chemikalien oder auch in Kerosin umzuwandeln.

Fischer-Tropsch
Fischer-Tropsch