Biokraftstoffe aus lignozellulosehaltiger Biomasse
Vergasertechnologien
Es stehen verschiedene Vergasungstechnologien zur Verfügung. Die Einteilung erfolgt sowohl nach dem Kontakt als auch nach der Strömung des Gases durch den Reaktor:
- Festbettvergaser (Gegenstrom- und Fallstromvergaser)
- Wirbelschichtvergaser
- Flugstromvergaser
Gasifier types von Kopiersperre (CC BY-SA 4.0)
Festbettvergaser
In Festbettvergasern tritt die Biomasse oben in den Reaktor ein. Der Brennstoff bewegt sich aufgrund der Schwerkraft und der Zersetzungsprozesse langsam nach unten zum Boden des Reaktors, wo er dem Vergasungsmittel ausgesetzt ist, das im Gegenstrom von unten in den Reaktor geleitet wird (Aufwindreaktoren, siehe Abbildung ganz links oben). Wird die Luft in einem oberen Teil in den Reaktor eingeleitet, bewegt sich das Vergasungsmittel in die gleiche Richtung wie der Brennstoff. Diese Reaktoren werden daher Downdraft-Reaktoren genannt (siehe zweites Bild von links in der Abbildung oben). Dabei entstehen unterschiedliche Zonen, in denen die verschiedenen Stufen des Vergasungsprozesses ablaufen.
Die heißeste Zone des
Aufwindreaktors befindet sich am Boden, weil dort das Vergasungsmittel (Luft)
zugeführt wird, um die Oxidation zu erleichtern. Hier wird die für den Prozess
benötigte Wärme erzeugt und das Produktgas entsteht. Aufgrund der hohen Temperaturen
verflüssigen sich Aschebestandteile, die sich nicht thermisch zersetzen, und
bilden Schlacke, die unten abgeführt werden muss. Das aufsteigende Heißgas wird
in den darüber liegenden Zonen zur Erwärmung und Trocknung des Brennstoffs
genutzt. In der Reduktionszone oberhalb der Oxidationszone wird das bei der
Oxidation entstehende Kohlenstoffdioxid (CO2) teilweise zu Kohlenmonoxid (CO)
und anfallender Wasserdampf zu Wasserstoff reduziert. Oberhalb der
Reduktionszone befindet sich die pyrolytische Zone, in der der Brennstoff mit
der Wärme aus der Oxidationszone thermochemisch gecrackt wird. Das Produktgas
wird am oberen Ende des Reaktors freigesetzt. Auf seinem Weg durch den Reaktor
wird das Gas abgekühlt.
Updraft-Reaktoren haben mehrere Vorteile:
- hoher Vergasungswirkungsgrad
- niedrige Temperaturen des Produktgases (100-200°C)
- sehr geringe Alkalimetallgehalte
- geringer Partikelgehalt im Produktgas
- geringe Anforderungen an die Brennstoffaufbereitung
Die Nachteile sind:
- erhebliche Mengen an unerwünschten Komponenten, wie Teer im Produktgas
- recht hoher Wasserdampfgehalt im Produktgas
- für die weitere Verwendung können die Anforderungen an die Produktgasqualität nicht so leicht erfüllt werden
Fallstromvergaser
In Fallstromvergasern bewegen
sich der Brennstoff und das Vergasungsmittel in die gleiche Richtung - von oben
nach unten. Der Brennstoff wird im oberen Teil unter Luftabschluss getrocknet
und pyrolysiert. Dann bewegt er sich nach unten in die sehr heiße
Oxidationszone (>1000°C). Langkettige organische Verbindungen werden in
kurzkettige und teerarme gasförmige Verbindungen gespalten. Diese Verbindungen
und der entstehende Koks und die Asche wandern weiter in die Reduktionszone, wo
sie reduziert werden.
Vorteile:
- Produktgas hat niedrige Teergehalte und kann ohne weitere Gasreinigung verwendet werden (z.B. zur Herstellung von Flüssigbrennstoffen)
Nachteile:
- hohe Produktgastemperaturen (600-800°C)
- hohe Anforderungen an Brennstoffgröße und Wassergehalt (<20%)
- Probleme treten bei großen Reaktoren (Temperatur in einigen Bereichen zu niedrig) und im Teillastbetrieb auf
Ein kommerzieller Einsatz dieser
Technologie ist bisher nicht erreicht worden. Der Betrieb ist aus technischen
und wirtschaftlichen Gründen teilweise unbefriedigend.