Förderprojekte

Förderbeginn 01.07.2018

BioPolyG – Kopplung von Biomasse-Vergasung, chemische Synthesen und Brennstoffzellen für moderne und innovative Polygenerations-Anlagen

Prof. Dr.-Ing. Hartmut Spliethoff
Technische Universität München
Lehrstuhl für Energiesysteme

Dr. Paul A. Erickson
University of California, Davis
Department of Mechanical and Aerospace Engineering

Biomasse-Vergasung und anschließende Synthesegasnutzung, z.B. durch CO₂-neutrale und nachhaltige Kraftstoffe oder Basischemikalien können dazu beitragen, den Anteil erneuerbarer Energien im Transport- und Chemiesektor zu erhöhen und Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Obwohl chemische Synthesen aus Synthesegas auf fossiler Basis bekannt sind, sind diese Technologien ausgehend von Biomasse nicht Stand der Technik. Die Herausforderungen auf wissenschaftlicher Ebene sind i.A. unterschiedliche Zusammensetzungen und Verunreinigungen im Biomasse-basierten Synthesegas. Weiter ist die unterschiedliche Anlagenkapazität problematisch. Da fossile Brennstoffe zentral verfügbar sind, kann der Brennstoffeintrag sehr groß sein. Aufgrund der dezentralen Natur muss Biomasse jedoch in kleineren Anlagen verwendet werden. Das Problem bei Synthesen wie z.B. der MeOH-Synthese sind jedoch geringe Ausbeuten aufgrund von Gleichgewichtslimitierungen, welche zu großen Kreislaufströmen führen und für kleinere Anlagen nicht wirtschaftlich sind. Die Reduzierung von Kreislaufströmen und die Verwendung des Restgases für die Stromerzeugung in Brennstoffzellen kann eine Möglichkeit sein, die gesamte Biomasse in einem Polygenerationskonzept effizient zu nutzen und somit die Wirtschaftlichkeit zu optimieren.

Abschlussbericht
Im Rahmen des Kooperationsprojektes BioPolyG wurden gemeinsame Forschungs- und Austauschaufenthalte von Studierenden und Doktoranden zwischen der University of California, Davis (UCD) und der Technischen Universität München (TUM) durchgeführt. Im September 2018 fand ein gemeinsamer Workshop in Davis, Kalifornien statt, welcher das Kick-Off-Meeting von BioPolyG sowie die Initiierung und Ausarbeitung eines gemeinsamen H2020 Projektantrages aufbauend auf BioPolyG beinhaltete. Der Projektantrag wurde in Zusammenarbeit mit mehreren internationalen Partnern im Sommer 2019 im Rahmen eines EU Horizon 2020 Calls eingereicht. Der Antrag war leider nicht erfolgreich, es wird aber an einer Neueinreichung gearbeitet. Im weiteren Verlauf ermöglichte die Finanzierung durch die BaCaTeC einen Forschungsaufenthalt eines Masterstudenten der TUM an der UCD (Oktober 2019). Im Rahmen des Aufenthaltes wurde eine experimentelle Untersuchung der Fischer-Tropsch Synthese in den Laboren von Prof. Erickson (Department of Mechanical and Aerospace Engineering) in Davis durchgeführt. Aufgrund vorhergehender Projekte waren die Materialien und Expertise hinsichtlich der Fischer-Tropsch Synthese bereits vorhanden. Der Versuchsaufbau wurde in Zusammenarbeit der UCD und TUM wiederaufgebaut und erfolgreich in Betrieb genommen. Dabei wurden Anpassungen vorgenommen, um den Versuchsaufbau an die Bedingungen der Biomassevergasung anzupassen. Nach Inbetriebnahme wurden Versuchsreihen für verschiedene Raumgeschwindigkeiten (GHSV) und H2/CO Verhältnisse durchgeführt und in Zusammenarbeit ausgewertet. Die Ergebnisse, der Versuchsaufbau und die Versuchsdurchführung werden im Rahmen eines Forschungsberichtes dokumentiert. Die Ergebnisse dienen zunächst als Basis für weitere Optimierungen hinsichtlich des Umsatzes und Ausbeute an Kohlenwasserstoffen. Prof. Erickson plant hierzu bereits ein anschließendes Projekt, welches den Gasstrom im Reaktor gezielt manipuliert und hierdurch eine Umsatzsteigerung hervorruft. Die Auswertung dieses und folgender Projekte erfolgt weiterhin in enger Zusammenarbeit zwischen den Universitäten. Bei erfolgreichen Verlauf der weiteren Versuche wird eine Publikation angestrebt.