DBFZ Report Nr. 18 - Deutsches Biomasseforschungszentrum

Die kleintechnische Vergasung – Stand der Technik
3 Die kleintechnische Vergasung – Stand der Technik
Mit dem Ausklang des 19. und beginnenden 20. Jahrhunderts ist die Herstellung von Stadt- und
Synthesegas mittels Kohlevergasung vorherrschend und bleibt bis Mitte der 50er Jahre eine relevantes
Verfahren, das aber durch preiswerte mineralölstämmige Rohstoffe zunehmend vom Markt verdrängt
wurde. Eine Hochphase erlebte die Holzvergasung in den rohstoffknappen und von Autarkiebestrebung
geprägten 30er und 40er Jahren des 20. Jahrhunderts. Allein ein von Georg Imbert eingeführter
Festbettvergaser, u. a. zum Antrieb von Kraftfahrzeugen geeignet, konnte bis zum Jahr 1945
500.000 Mal verkauft werden (UMSICHT 2005, S. 10).
Mit der finanziellen Unterstützung von erneuerbaren Energien durch das EEG fand ab dem Jahr 2000
eine Wiederbelebung der kleintechnischen Biomasse- bzw. Holzvergasung statt, wobei eine Vielzahl an
Entwicklern eine beachtliche Zahl an Verfahren und Variationen hervorbrachte, die jedoch nicht immer
den Anforderungen des Marktes genügten. In diesem Kapitel werden daher nicht nur mögliche
Einsatzstoffe und die Grundlagen der thermochemischen Vergasung erläutert, um den Leser ein
Verständnis für die kleintechnische Biomassevergasung zu vermitteln, sondern auch aktuelle
Entwicklungstendenzen aufgezeigt. Dabei stehen Vergasungsreaktoren, die Rohgasreinigung, die
Gasnutzung und Ansätze zur Bilanzierung von derartigen Anlagen im Zentrum der Betrachtung.
3.1 Mögliche Einsatzstoffe
Für die zusammenfassende Bezeichnung der Einsatzstoffe sind neben dem Begriff Einsatzstoff die
Bezeichnungen Brennstoff, Input-Material oder Energierohstoff denkbar. Der hier unter dem Begriff
Vergasung zusammengefasste Prozess ist bei genauerer Betrachtung eine Prozesskette, die die
Bereitstellung von Strom und Wärme aus relativ wasserarmer (trockener) Biomasse bewirkt.
Als Energierohstoff für die Biomassevergasung dient üblicherweise holzartige Biomasse. Diese stellt
jedoch einen inhomogenen Brennstoff dar, was wiederum Auswirkungen auf den Anlagenbetrieb hat.
Um einen sicheren Betrieb der Anlagen zu gewährleisten, werden somit an den Brennstoff spezifische
Anforderungen hinsichtlich Zusammensetzung und Aufbereitung gestellt.
Grundsätzliche Kriterien hinsichtlich der elementaren Zusammensetzung des Brennstoffes werden für
den Anteil der Alkalien (Kalium, Natrium), der Schwefelverbindungen, der Halogenverbindungen sowie
der Stickstoffverbindungen festgelegt. Diese sollten bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten, da
sonst negative Folgen für die brennstofftechnischen Eigenschaften (z. B. hoher Aschegehalt, niedrige
Ascheerweichungstemperatur) und damit eine Störung des Anlagenbetriebs zu erwarten sind.
Wassergehalt sowie Heiz- und Brennwert können als weitere Beispiele für die brennstofftechnischen
Eigenschaften von Biomasse als wichtige Auslegungsgrundlagen genannt werden, da sie maßgeblich
die Vergasungstemperatur und damit auch die Teerbildung beeinflussen. Darüber hinaus werden an die
physikalisch-mechanischen Eigenschaften des Brennstoffes Anforderungen gestellt. Hierbei sind der
jeweils grenzwertige Grob- und Feinanteil, die Stückigkeit, die Partikeldichte sowie die Abriebfestigkeit
zu nennen. So kann beispielsweise aufgrund eines erhöhten Feinanteils eine signifikante Steigerung
der Verschlackungsgefahr im Reaktorraum festgestellt werden, was wiederum zur Störung des
Anlagenbetriebs führt. Beispiele für Verfahren der Festbettvergasung für diese allgemeinen
Anforderungen sind in Tabelle 3.1 dargestellt.
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