Pyrolysereaktionen und Reaktionen von Pyrolyseprodukten bei der sorptionsunterstützten Biomasse-Vergasung in einem Calcium-Looping System

• Antragsteller: Professor Dr. Günter Scheffknecht
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 411441519

Im Vergleich zu anderen Vergasungsverfahren erlaubt die sorptionsunterstützte Vergasung (SEG) von Biomasse eine direkte Erzeugung von H2 oder auch Synthesegas mit einer maßgeschneiderten Zusammensetzung. Aufgrund der in-situ CO2-Einbindung kommt der SEG-Prozess ohne einen zusätzlichen Shift-Reaktor zur Umwandlung von CO zu H2 aus und erlaubt es regenerativen H2 und andere Brennstoffe und Chemikalien zu erzeugen. Dies verdeutlicht das Potential des Prozesses, um die gegenwärtige Abhängigkeit von fossilem Öl und Gas zu verringern. In den letzten Jahren wurde der SEG-Prozess schnell vom Labor- bis hin zum Pilotmaßstab entwickelt. Obwohl die technische Umsetzbarkeit des Verfahrens erfolgreich demonstriert wurde, sind einige fundamentale Fragestellungen in Bezug auf die Biomasseumwandlung und hierbei speziell Pyrolyse- und Reformierungsreaktionen noch ungeklärt und behindern eine weitere Optimierung und damit letztlich auch eine kommerzielle Anwendung des SEG-Verfahrens. Das PyroSEG Projekt soll diese Fragen aufklären. Dabei werden Grundlagenuntersuchungen zur primären Biomasse-Pyrolyse und den sekundären Pyrolysereaktionen mit Hilfe eines Makro-TGA Systems und an einer blasenbildenenden Wirbelschichtanlage im Labormaßstab durchgeführt. Auch der Einfluss des Bettmaterials auf das Teer-Cracking und die Reformierung von Pyrolyseprodukten wird erforscht. Weitere Teilreaktionen des SEG-Prozesses, wie die Koks-Vergasung und die Karbonatisierung sind im Vergleich zu den Pyrolysereaktionen bereits relativ gut beschrieben und werden daher in PyroSEG nicht im Detail untersucht. Neben den Untersuchungen zur Pyrolyse wird in PyroSEG die Hydrodynamik in einer Wirbelschicht mit Kalkstein-Bett und Biomasse-Koks und bspw. auftretende Segregationseffekte experimentell untersucht. Auf Basis der gewonnenen empirischen Daten werden Modelle für den SEG-Prozess weiterentwickelt, um eine detailliertere Simulation und eine Verbesserung des Verfahrens im Hinblick auf Effizienz und Synthesegasqualität zu ermöglichen. Die Ergebnisse der Simulationen werden schließlich mit Versuchsergebnissen aus dual-zirkulierenden SEG-Experimenten aus anderen Forschungsprojekten verglichen. Die in PyroSEG entwickelten Modelle stellen ein ideales Werkzeug zur Übertragung der Versuchsergebnisse auf einen größeren Maßstab und zur Anpassung des Verfahrens auf geänderte Bedingungen (z.B. andere Biomassen oder Synthesegas-Nutzungspfade) dar. Die Projektpartner werden eng kooperieren, um ihre Versuche, die Analysen von Proben und die Bewertung der Ergebnisse abzustimmen. Um die Zusammenarbeit zu stärken sind mehrere gegenseitige Forschungsaufenthalte und regelmäßige persönliche und Telefon-Meetings vorgesehen. Das Projekt sieht vor die erzielten Ergebnisse in min. 4 begutachteten Fachartikeln (2 davon gemeinschaftlich) zu veröffentlichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Ningsheng Cai