KWK mit Bio-Öl

EU-Forschungsprojekt entwickelt neues KWK-System

Flammenbild einer Verbrennung von Pyrolyseöl (FPBO).

Ein neues EU-Forschungsprojekt wird einen neuartigen kleinen Kraft-Wärme-Kopplung-(KWK)-Motor entwickeln, der Biomasse zur Erzeugung von Wärme und Strom nutzt und erneuerbare Energien in den Heiz- und Kühlbereich einbeziehen könnte. Das Projekt mit dem Namen „SmartCHP“ wurde am 20. Juni 2019 in Brüssel von zehn Partnern, darunter europäische Industrieunternehmen, Universitäten, Innovationsexperten und das OWI Oel-Waerme-Institut, gestartet. Koordiniert wird das Projekt von der BTG Biomass Technology Group.

Bert van de Beld, Chief Technology Officer bei BTG, erläutert: „Derzeit nutzt die überwiegende Mehrheit der Heizkraftwerke Erdgas und fossile Brennstoffe als Hauptquelle. Das SmartCHP-System wird eine kleine Lösung für Krankenhäuser, Universitäten, kommunale Gebäude und unzählige industrielle Nutzer bieten, die eine effiziente Alternative zu fossilen Energieträgern nutzen möchten. Mit einem Marktpotenzial von 4 Milliarden Euro und schätzungsweise 85 bis 95 % weniger Treibhausgasemissionen im Vergleich zu fossilen Brennstoffen kann die Installation der SmartCHP-Technologie in Europa neue Arbeitsplätze schaffen, mehr erneuerbare Energien fördern und ein Beitrag zur Verlangsamung des Klimawandels sein“.

Die wichtigste Neuerung soll die Verwendung von Schnell-Pyrolyse-Bio-Öl (fast pyrolysis bio oil, FPBO) aus holziger und nichtholziger Biomasse in einem umgebauten Dieselmotor sein, der wegen seines hohen elektrischen Wirkungsgrades von mehr als 40 % ausgewählt wurde. Der Motor wird auf hohe Flexibilität ausgelegt, das heißt er soll problemlos mit unterschiedlichen Lasten betrieben werden und je nach Bedarf mehr Strom oder mehr Wärme erzeugen. Möglich wird dies durch die Integration eines zusätzlichen, FPBO-betriebenen Heizkessels. Da es sich bei dem SmartCHP-System um ein Hybrid-System handelt, eignet es sich besonders auch für die Kombination mit fluktuierenden Energien wie Wind- und Solarenergie. Wenn der von Wind und Sonne bereitgestellte „grüne“ Strom nicht ausreichend verfügbar ist, startet der Motor mit dem FPBO und sichert so die Versorgung mit erneuerbaren Energien.

Die Schnell-Pyrolyse hat den Vorteil, dass sie schwierig zu handhabende Biomasse unterschiedlicher Art – wie Rasenschnitt, Rinde und Schalen – in ein FPBO mit konstanten anwendungstechnischen Eigenschaften umwandeln kann, das einfach zu lagern und zu nutzen ist. Darüber hinaus wurden mit der Novellierung der Erneuerbare Energien Richtlinie der Europäischen Union Nachhaltigkeitskriterien in Bezug auf Biodiversität, Emissionen und geringe indirekte Landnutzungsänderungen eingeführt, die ohne Ausnahme für alle Bio-Öle auf Pyrolyse-Basis gelten werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Produktion und die Verwendung von FPBO nachhaltig ist.

Eine der größten Herausforderungen des Projekts ist, dass FPBO korrosiver und dickflüssiger ist als Diesel, mehr Wasser enthält und daher schwieriger zu entzünden ist. Die Partner des SmartCHP-Projekts werden dafür Lösungen am Motor und seinem Zündsystem erarbeiten. Am Ende des Projekts werden die Partner eine Demonstrations-KWK-Anlage bauen, die unter realistischen Bedingungen bis zu 500 Stunden lang kontinuierlich betrieben werden soll.

Das OWI demonstriert in dem Projekt die Verwendung von FPBO als alternativem Brennstoff in einem zusätzlich zum Motor in das KWK-System integrierten Heizkessel zur Deckung von Spitzenlasten. Der Kessel erzeugt zusätzliche Wärme, wenn der Motor mit kleiner Leistung arbeitet, beispielsweise weil der Bedarf an Elektrizität gering ist beziehungsweise durch Quellen wie Wind- und Solarenergie gedeckt wird. Zu diesem Zweck passt OWI einen handelsüblichen Heizöl-Kessel mit einer Leistung von 75 kWth für die Verbrennung von FPBO an. Darüber hinaus ist OWI für die Integration des Kessels in das katalytische Abgasnachbehandlungssystem verantwortlich und unterstützt die Integration des Kessels in den kompletten SmartCHP-Prototypen.

Das SmartCHP-Projekt wurde im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 815259 mit 4 Mio. EUR aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm der Europäischen Union Horizon 2020 finanziert. Es begann im Juni 2019 und hat eine Laufzeit von 4 Jahren. Partner sind das OWI Oel-Waerme-Institut, Abato Motoren, Exergia Energy and Environmental Consultants, Capax Environmental Services, Greenovate! Europe, Technical University of Eindhoven, Tehag Germany, Denmark Technical University, Dowel Management und die BTG Biomass Technology Group, die das Projekt koordiniert.

Das OWI ist eine unabhängige und gemeinnützige Forschungseinrichtung. In Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Forschung forscht und entwickelt das OWI Konzepte und Technologien auf den Gebieten der energieeffizienten Nutzung flüssiger konventioneller und alternativer Brenn- und Kraftstoffe sowie innovativer Effizienztechnologien. Das Ziel sind technisch ausgereifte, treibhausgas- und emissionsarme Lösungen für die Wärmeerzeugung und Mobilität von Morgen. 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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