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06 | 2017

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Special Thermische

Special Thermische Abfallbehandlung Reststoffe zu Rohstoffen Eine TCR-Pilotanlage von Susteen. Ein Projektkonsortium testet ein Verfahren zur Umwandlung von organischen Abfällen in hochwertige Rohstoffe. Im Rahmen des vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie geförderten Forschungsprojektes wird in Schwandorf eine Anlage zur nachhaltigen Verwertung von kommunalen Klärschlämmen entstehen. Die Susteen Technologies GmbH, Sulzbach-Rosenberg, liefert dazu ein System, das täglich bis zu sieben Tonnen getrockneten Klärschlamm in speicherfähiges Synthesegas, motorfähiges Bio-Öl und phosphatreiche Asche umwandeln soll. Die Neuordnung der Klärschlammverwertung durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) unterbindet die Ausbringung unbehandelter Klärschlämme und verpflichtet zur Rückgewinnung von Phosphaten. Die Betreiber von Abwasserbehandlungsanlagen stehen somit vor großen Herausforderungen. Daher baut der Zweckverband Thermische Klärschlammverwertung Schwandorf in Schwandorf eine Anlage zur Trocknung von Klärschlamm. Dabei wird unter der Leitung des Zweckverbandes Müllverwertung Schwandorf zusätzlich ein neues Verfahren zur wirtschaftlichen Nutzbarmachung der Klärschlämme im Rahmen eines vom bayrischen Staatsministerium für Wirtschaft, Energie, Medien und Technologie geförderten Forschungsprojektes erprobt. Bei dem Verfahren des Thermo-Katalytischen Reformings (TCR) wird der getrocknete Schlamm in einem speziellen Reaktor unter Wärmeeinwirkung in seine Bestandteile aufgespalten. Dabei entstehen Synthesegas, Bio-Öl und Biokohle. Das Verfahren ist eine Entwicklung des Fraunhofer-Instituts UM- SICHT in Sulzbach-Rosenberg und wird von Susteen Technologies zur Marktreife entwickelt sowie exklusiv vermarktet. „Wir freuen uns, Teil des Projektes zu sein“, sagt Susteen-Geschäftsführer Thorsten Hornung. „Dieses Projekt schafft für uns die Voraussetzungen, unser Verfahren für den Einsatz unter industriellen Bedingungen weiter zu entwickeln. Projektziel ist insbesondere, bei einer täglichen Kapazität von 7 t getrockneten Klärschlamms den kontinuierlichen Anlagenbetrieb mit effizienter Strom- und Wärmeerzeugung Bild: Susteen mit einem Blockheizkraftwerk zu erreichen. Das energetische Potenzial von Klärschlamm kann damit optimal verfügbar gemacht werden.“ Erste Erfolge im Labormaßstab Im Labormaßstab konnten bereits unterschiedliche Abfallstoffe erfolgreich getestet werden. Neben Gärresten aus Biogasanlagen, Schlämmen aus der Papierproduktion sowie Pferde- und Hühnermist gehörte auch Klärschlamm dazu. „Heutzutage wird Klärschlamm zwar teilweise thermisch verwertet und über Dampfturbinen in Strom umgewandelt“, so Hornung, „herkömmliche Verbrennungsanlagen können aber nicht flexibel auf den aktuellen Strombedarf reagieren und erreichen in der Regel geringere Wirkungsgrade.“ Das TCR-Verfahren hingegen wandelt den Klärschlamm in energiereiches Synthesegas und motorfähiges Bio-Öl um. Diese Rohstoffe sollen im Rahmen des Projekts in einem Dual-Fuel-Blockheizkraftwerk mit bis zu 240 kW elektrischer Leistung in Strom und Wärme umgesetzt werden. Anpassung und Test der Anlage werden vom Institut für Energietechnik an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden als Projektpartner betreut. „Das steigert nicht nur die Flexibilität der Klärschlammverwertung, sondern erhöht aufgrund moderner BHKW- Technologien auch den elektrischen Wirkungsgrad“, so Hornung. Gleichzeitig wird eine Vergasung der produzierten Biokohle aus Klärschlamm zur Erzeugung der Prozesswärme für das Verfahren getestet. Der Phosphor bleibt in der Biokohle oder Asche zurück und kann wieder in den Wirtschaftskreislauf einfließen. In dem auf 34 Monate angelegten Projekt soll neben technisch-wirtschaftlichen Fragen auch untersucht werden, wie sich die Technologie perspektivisch in ein Gesamtkonzept zur energetischen Klärschlammverwertung Bayerns integrieren lässt. Thorsten Hornung, Susteen Technologies GmbH, Sulzbach-Rosenberg, thorsten.hornung@susteen.de 24 UmweltMagazin Juni 2017

Thermische Abfallbehandlung Special Effiziente Gasnutzung mit Rest- und Abfallstoffen Die dezentrale Nutzung von Reststoffen zur Strom- und Wärmegewinnung steht seit Jahren im Fokus der Bioenergieforschung. Im von der DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH, Leipzig, geförderten Projekt Fluhke wurde eine Technologiekette von der hydrothermalen Karbonisierung (HTC) über die Flugstromvergasung bis hin zur motorischen Nutzung entwickelt und erfolgreich im Pilotmaßstab erprobt. Forscher an der TU München haben zusammen mit der SunCoal Industries GmbH, Ludwigsfelde, im Projekt Fluhke nachgewiesen, dass die hohen Brennstoffanforderungen für die Flugstromvergasung mit hydrothermal karbonisierter Biomasse erreicht werden. Das Projekt wurde vom 1. Oktober 2012 bis zum 31. September 2016 über das Programm „Energetische Biomassenutzung“ des Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. Die Brennstoffe im Test Der entstehende, staubförmige Brennstoff ist gut fluidisierbar, was für die Beförderung innerhalb der Vergasungsanlage entscheidend ist. Sowohl der Ascheschmelzpunkt als auch der Heizwert konnten gegenüber unbehandelter Biomasse signifikant gesteigert werden und liegen nun im Bereich fossiler Braunkohle. Als Einsatzstoffe dienten holzartige Reststoffe, Siedlungsabfälle und Grünschnitt, die durch die HTC zu einem standardisierten Brennstoff umgewandelt werden konnten. Grundlegende Untersuchungen zur Flugstromvergasung im Labor- und Technikumsmaßstab in einer Größenordnung von 100 kW lieferten für die Forscher vielversprechende Daten zu Reaktionskinetik und Partikelverhalten. Darauf basie- rende Simulationsmodelle können die Grundlage für die Entwicklung einer zukünftigen Demonstrationsanlage bilden. Die bisher größte Herausforderung der Biomassevergasung ist die Qualität des Brenngases, das meist eine hohe Teerbeladung aufweist. Im Projekt konnte diese durch Einsatz eines staubförmigen Biobrennstoffes in der Flugstromvergasung so weit reduziert werden, dass eine zusätzliche Gasreinigung für die Anbindung eines Motors nicht nötig ist. Der Grund sind die im Vergleich zu Festbett- und Wirbelschichtvergasung, die den bisherigen Stand der Technik darstellen, wesentlich höheren Prozesstemperaturen. Sie können nur in der Flugstromvergasung erreicht werden und bewirken ein thermisches Cracken der Teere. 3D-Modell des 100 kW- Flugstromvergasers am Lehrstuhl für Energiesysteme der TU München. Bild: Lehrstuhl für Energiesysteme der TU München Ausblick Sowohl für eine HTC-Anlage als auch für ein Vergaserkraftwerk muss in Zukunft ein hoher Grad an Automatisierung geschaffen werden, um in der freien Wirtschaft zu bestehen. Entscheidend ist auch eine gute Abwärmenutzung, um zusätzliche Einnahmequellen zu erschließen. Die Kombination von hydrothermaler Karbonisierung und Flugstromvergasung ermöglicht durch die effiziente Gasnutzung im Motor- BHKW den erweiterten Einsatz biogener Rest- und Abfallstoffe insbesondere im kleinen Leistungsbereich. Sowohl die HTC als auch die Gaserzeugung sind im Technikumsmaßstab validiert. Das Unternehmen SunCoal evaluiert derzeit – aufbauend auf den Projektergebnissen – verschiedene Einsatzszenarien für diese Technologiekombination. Die Herausforderung in Anbetracht der derzeit geringen Öl- und Gaspreise ist es, wirtschaftliche Anwendungsfälle zu identifizieren. Bedingungen hierfür sind zum Beispiel eine ganzjährig nutzbare Wärmesenke sowie hohe Kosten für die Strombeschaffung. Ludwig Briesemeister, Technische Universität München, Lehrstuhl für Energiesysteme, ludwig.briesemeister@tum.de UmweltMagazin Juni 2017 25

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