Im DFG/Transregio Projekt „Oxyflame“ werden Methoden und Modelle zur Beschreibung von Biomasse-Feststofffeuerungen in einer Oxyfuel-Atmosphäre untersucht. Eine Oxyfuel-Feuerung bietet hierbei den Vorteil, dass die Abgaszusammensetzung nahezu vollständig aus CO2 und Wasserdampf besteht. Somit lässt sich das klimaschädliche Gas CO2 effizient vom Abgas abtrennen und speichern. Hierfür wurde ein neuer Brenner für die Brennkammer des EST entwickelt.

Um die Unterschiede zwischen einer Oxyfuel und einer klassischen Luftverbrennung von Biomasse detaillierter beschreiben zu können wurden mittels eines Kamerasystems Flammenbilder von unterschiedlichen Luft und Oxyfuel Betriebspunkten aufgenommen. Diese sollen in einem zweiten Schritt mit MATLAB analysiert werde.

From organic waste to green maritime and aviation fuels.

The aviation and shipping transportation sectors are difficult to electrify. Biofuels with negative CO2 emissions can make a significant contribution to the sustainability of these sectors. This is being investigated at EST in the CARBIOW research project by converting biomass residues into synthesis gas in a fluidized bed and then into biofuels. The fluidized bed is to be operated on a 1 MW pilot scale with pure oxygen and steam and investigated in advance using process simulations. Analysis of the feedstock will help to understand the underlying reactions and kinetics taking place during the gasification process.

Die thermochemische Umwandlung von Ersatzbrennstoffen durch Verbrennung oder Vergasung ist eine effiziente und fortgeschrittene Technologie. Die dabei freigesetzte Energie kann in verschiedenen Prozessen zur Anwendung kommen, wie z.B. im Kombiprozess mit integrierter Vergasung, in der Treibstoffherstellung sowie im Dampfprozess. Eine Möglichkeit zur Konversion der Abfalleinsatzstoffe ist der Einsatz von Wir-belschichtreaktoren, welche am Institut für Energiesysteme im vorindustriellen Maßstab untersucht wird. Trotz der im Vergleich zu anderen Verbrennungstechniken sehr guten Möglichkeit die sich aus dem Ersatzbrennstoff bildenden Schadstoffe während der Verbrennung zu reduzieren sowie diese in fester Form einzubinden, ist die zusätzliche Abscheidung in nachgeschalteten Reinigungsanlagen ein sowohl wissenschaftlich, als auch betriebswirtschaftlich interessantes Verfahren zur weiteren Reduktion der Schadstoffemissionen. Hierfür wurden im Versuchsbetrieb mehrere Additive untersucht, in-dem unterschiedliche Mengen in unterschiedlichen Zeitabständen in die nachgeschaltete Rauchgasreinigungsanlage (CFB Scrubber) gegeben wurden.

Die Transportsektoren Luft- und Schifffahrt sind schwierig zu elektrifizieren. Biofuels mit negativen CO2-Emissionen können einen erheblichen Beitrag zur Nachhaltigkeit dieser Sektoren leisten. Das wird am EST im Forschungsprojekt CARBIOW untersucht, indem Reststoffe aus Biomasse in einer Wirbelschicht zu Synthesegas und danach zu Biofuels umgewandelt werden. Die Wirbelschicht soll im 1 MW Pilot-Maßstab mit reinem Sauerstoff und Dampf betrieben und vorher mithilfe Prozesssimulationen untersucht werden.

Das Forschungsprojekt ANNA am EST untersucht neuartige Füllkörper für Absorptions- und Desportionskolonnen zur Effizienzsteigerung der Synthesegasaufarbeitung. Im Rahmen des Projektes sollen experimentelle Untersuchungen sowie die dazugehörige Auswertung der Versuchsdaten durchgeführt werden.

Durch die Vergasung von Reststoffen können grüne Chemikalien oder nachhaltige Treibstoffe für den Flugverkehr hergestellt werden. Um dieses Prinzip genauer zu verstehen, existiert am EST eine Laborwirbelschicht. Durch eine Simulation des dynamischen Verhaltens werden sämtliche chemische und physikalische Phänomene von Reststoff zum Synthesegas abgebildet und durch den Vergleich mit Versuchen genauer untersucht. Der Studierende optimiert dieses Modell anhand von laufenden und bevorstehenden Experimenten.

Wirbelschichten stellen eine innovative Prozessform der thermochemischen Konversion nachhaltiger Festbrennstoffe wie Ersatzbrennstoffen und Biomasse dar. Zur Weiterentwicklung dieser Prozesse ist eine Charakterisierung der Zweiphasenströmung notwendig. Hierfür soll eine entsprechendes kapazitives Messsystem in Betrieb genommen sowie Versuche durchgeführt und Messdaten ausgewertet werden.

Mit 0D-Prozessmodellen sind Simulationen komplexer vernetzter Systeme in kürzester Zeit möglich. Anlagen zur Vergasung von Reststoffen können einen wertvollen Beitrag für eine zero-emission society sein, die vollständige Abbildung solcher Systeme sind allerdings höchst komplex. Durch ein bestehendes Tool am EST ist es möglich, diese Systeme zu analysieren und Stoff- und Energiebilanzen zu erstellen. Das Potential dieses Tools soll durch die Erweiterung und Bewertung verschiedener Features ausgedehnt werden.

Die Wirbelschichtvergasung fester Brennstoffe wird seit über 100 Jahren genutzt, um Synthesegas zu erzeugen. Mit dieser Technologie ist es möglich, den Kohlenstoff aus Hausmüll vollständig im Kreislauf zu halten (Chemical Recycling) und aus biogenen Reststoffen grünes Kerosin für CO2-freies Fliegen bereitzustellen.

Die Wirbelschichtvergasung fester Brennstoffe wird seit über 100 Jahren genutzt, um Synthesegas zu erzeugen. Die Komplexität dieses Prozesses stellt bis heute eine Herausforderung dar, weshalb die Simulation der Vergasung Gegenstand der Forschung ist. Das produzierte Synthesegas ist vielseitig einsetzbar, weshalb diese Technologie eine innovative Ergänzung zu erneuerbaren Energien darstellt.

Am Institut für Energiesysteme und Energietechnik wurden diverse Versuche zur HTW-Vergasung im 0,5 MW Pilotmaßstab durchgeführt. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein dynamisches Simulationsmodell einer blasenbildenden Wirbelschichtvergasung in APROS erstellt werden. APROS bietet vorgefertigte Bibliotheken an, mit denen Reaktionsgleichungen beschrieben werden. Eine Validierung erfolgt, um die Konsistenz der Simulation anhand eines unabhängigen Datensatzes zu bemessen.

At the Institute for Energy Systems and Technology (EST), a promising CO2 capture process, the Indirectly Heated Carbonate Looping (IHCaL), is being developed for integration into lime and cement plants, to reduce the associated CO2 emissions. In order to deploy this technology, the efficient heat recovery of the high temperature flue gases by combustion air preheating is required.

At the Institute for Energy Systems and Technology (EST), a promising CO2 capture process, the Indirectly Heated Carbonate Looping (IHCaL), is being developed for integration into lime and cement plants, to reduce the associated CO2 emissions. Combining IHCaL with other capture methods, such as absorption with monoethanolamine (MEA), could further reduce the specific energy consumption (SPECCA) and the cost of the entire system. Some hybrid solutions have been proposed, but a process optimization considering techno-economics is still required to assess the potential.