Abschlussarbeiten

Durch die Nutzung von nachhaltigen Rohstoffen in Kraftwerken mit integrierter CO2 Abscheidung lässt sich die Versorgung mit Strom unabhängig vom Wetter sicherstellen bei gleichzeitig negativer CO2-Emissionen. Am EST wird dazu die Umrüstung bestehender Wirbelschichtkraftwerke untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit soll dazu ein CFD-Modell entwickelt und anhand von experimentellen Daten validiert 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.

Zum chemischen Recycling von Abfallstoffen werden im Projekt VERENA verschiedene Wirbelschichtvergasungsprozesse untersucht. Dabei sind CFD-Simulationen günstige und flexible Methoden um das Verständnis des Verhaltens der Einsatzstoffe in den Reaktoren zu verbessern. Um belastbare Simulationsergebnisse zu erhalten, ist die korrekte Darstellung der Hydrodynamik der Partikel entscheidend.

Ziel der Arbeit ist zunächst den Einfluss verschiedener Parameter anhand von CFD Simulationen zu untersuchen. Anschließend erfolgt eine Auswertung anhand von vorhandenen experimentellen Daten zur Ermittlung von optimierten Parametersätzen.

Nachhaltige und ökonomische Prozesse müssen im Energiesektor sowie in energieintensiven Industriezweigen zum Einsatz kommen, um die weltweiten anthropogenen CO2-Emissionen zu minimieren. In diesem Zusammenhang spielen sogenannte „nicht-verhinderbare“ CO2-Emissionen eine wichtige Rolle, welche beispielsweise bei der Herstellung von Zement und Kalkstein entstehen und sich nur schwer eliminieren lassen. Als eine sehr effiziente und wirtschaftliche CO2-Abscheidungstechnologie stellt sich der Carbonate Looping (CaL) Prozess dar. Am EST wird der Einsatz von Zementrohmehl als Sorbent untersucht, sodass deaktiviertes Material aus dem CaL Prozess zur Klinker Produktion genutzt werden kann. Ziel dieser Arbeit soll es sein Zementroh im Hinblick auf seine Anwendung in einer Wirbelschichtanlage zur CO2-Abscheidung zu charakterisieren. Die Erkenntnisse sollen experimentell gewonnen werden.

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.