Biogasmotor für Blockheizkraftwerke wird optimiert

Stromausbeute soll steigen

In einem Voräuferprojekt: Der Reformgasmotor im Versuchsbetrieb. Foto: OWI

Blockheizkraftwerke (BHKW) mit Biogasmotoren wandeln regenerativ erzeugtes Biogas in Strom und Wärme, die in Strom- bzw. Nahwärmenetze eingespeist werden können. Dabei wird technisch bedingt mehr Wärme als Strom erzeugt. Um den Anteil der Stromwandlung von BHKW´s zu erhöhen, strebt ein neues Forschungsprojekt nun die Steigerung des elektrischen Wirkungsgrads von Blockheizkraftwerken mit Biogasmotoren an. Das Konzept sieht vor, dass in das BHKW eine Reformereinheit integriert und mit dem Gasmotor gekoppelt wird. Überschüssige Wärme aus dem Gasmotor, die im Normalfall ungenutzt in die Umgebung abgeführt wird, wird zusammen mit einem Teil des Biogases durch die Reformereinheit geleitet. Dabei entsteht ein wasserstoffhaltiges Brenngas, das einen höheren Energiegehalt (Heizwert) als Biogas hat, denn die überschüssige Wärme wird teilweise im Brenngas chemisch gebunden. Das so erzeugte Synthesegas wird anschließend wieder mit dem Biogas gemischt und dem Motor zugeführt. Dies ermöglicht eine höhere Ausbeute an mechanischer Leistung und an elektrischem Strom. Die Rückgewinnung der Wärmeenergie führt so zu einem höheren elektrischen Wirkungsgrad des Systems. Zum Beispiel mit einer Heizwertsteigerung um 7,5 % kann der effektive mechanische Wirkungsgrad des Systems von 40 % auf 43 % angehoben werden.

In einem Vorläuferprojekt wurde die Steigerung des elektrischen Systemwirkungsgrad durch die Integration der Reformereinheit in das Kraftwerk erfolgreich demonstriert. Als Brennstoff wurde hier Erdgas verwendet. Die Kopplung von Motor und Reformer soll nun für die Biogasanwendung weiterentwickelt werden. Im Projektverlauf sind motorseitig das Saugrohrkonzept, die Gemischbildung und die Verbrennung zu überarbeiten. Als weitere technische Neuerung wird die rußfreie Reformierung von Kohlenstoffdioxid (CO2) angestrebt. Eine relative Steigerung des Wirkungsgrads um 10 % gegenüber dem konventionellen Betrieb wäre für die Projektpartner ECC Automotive GmbH, OWI Oel-Waerme-Institut gGmbH und den Lehrstuhl Technische Thermodynamik an der Universität Siegen ein Erfolg.

Die Integration der Reformertechnologie bedeutet für den BHKW-Betrieb nicht nur mehr Flexibilität durch längere Laufzeiten bis in den Sommer hinein, sondern auch eine deutlich höhere Wirtschaftlichkeit entsprechend der Steigerung des elektrischen Systemwirkungsgrads. Mit der Reformgasmotortechnologie und intelligenten Steuerungs- und Regelungstechniken könnten BHKW´s Wärme und Strom noch bedarfsgerechter zur Verfügung stellen.

Das Forschungsprojekt wird gefördert mit Zuwendungen des Landes Nordrhein-Westfalen unter Einsatz von Mitteln aus dem europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) „Investition in Wachstum und Beschäftigung“.

Das OWI ist eine unabhängige, gemeinnützige und freie Forschungseinrichtung. In Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Forschung forscht und entwickelt das OWI an Konzepten und Technologien auf dem Gebiet der Wärme- und Stromerzeugung. Der Schwerpunkt liegt auf der energieeffizienten und schadstoffarmen Nutzung flüssiger fossiler und regenerativer Brenn- und Kraftstoffe. Das Ziel ist die Entwicklung energieeffizienter und umweltschonender Produkte, die marktfähig sind. Das OWI ist ein An-Institut der RWTH Aachen und versteht sich als Mittler zwischen Grundlagenforschung und Anwendung. Im Rahmen des Technologietransfers bearbeitet das OWI sowohl aus öffentlichen Fördermitteln finanzierte Projekte als auch industrielle Forschungsaufträge. Zu den Kunden gehören beispielsweise Hersteller von Haushaltsheizungen, Unternehmen der Automobilzulieferindustrie, der Mineralölwirtschaft und der Thermoprozesstechnik.

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