DBFZ Report Nr. 18 - Deutsches Biomasseforschungszentrum

Die kleintechnische Vergasung – Stand der Technik
Tabelle 3.1 Allgemeine Anforderungen an den Brennstoff bei Verfahren der Festbettvergasung (Vogel et al. 2006, S. 38).
Parameter Einheit Gegenstromvergaser Gleichstromvergaser
Wassergehalt Ma.-% < 40 10 - 25
Partikelgröße cm 0,5 - 20 2 - 20
Feinanteil (≤ 5 mm) Ma.-% < 30 < 15
Aschegehalt Ma.-%, atro < 6 < 6
Die unterschiedlichen Technologien zur Bereitstellung eines Brennstoffes, der den o. g. Anforderungen
entspricht, lassen sich in die Verfahrensschritte Aufbereitung, Lagerung, Transport und Trocknung
einteilen. Zur Brennstoffausbereitung zählen die Zerkleinerung, die anschließende Klassifizierung des
zerkleinerten Materials und die Aushaltung von Störstoffen. Zusätzlich kann der eingesetzte Brennstoff
vor der weiteren Nutzung kompaktiert werden (Brikettierung, Pelletierung), um eine optimale
Korngrößenverteilung für die anschließende Vergasung zu gewährleisten (Vogel et al. 2006, S. 38).
Derzeit wird in der Praxis Holz in Form von Pellets oder Hackschnitzel als Brennstoff eingesetzt. Als
Rohstoff für die Holzhackschnitzel dient überwiegend Waldrestholz aus regionalem Bezug. Weiterhin
existieren Bestrebungen Kurzumtriebshölzer, Miscanthus, halmgutartige Biomassen oder auch
Reststoffe (z. B. ligninhaltige Reststoffe der Papier- und Zellstoffindustrie, Gärreste aus Biogasanlagen)
als Brennstoffe in Biomassevergasungsreaktoren einzusetzen.
3.2 Grundlagen der Biomassevergasung
Im weitesten Sinne umfasst der Begriff Vergasung die Umwandlung eines kohlenwasserstoffhaltigen
Energierohstoff in ein gasförmigen Produkt mit einem nutzbaren Heizwert/ Brennwert (Higman et al.
2008, S. 1), das brennbare Gaskomponenten wie z. B. Wasserstoff (H2), Kohlenstoffmonoxid (CO) und
Methan (CH4) enthält. Beispielsweise wurde bereits seit der Mitte des 19. Jahrhunderts das sogenannte
Stadtgas, ein Gasgemisch mit hauptsächlich H2, CH4, CO und Stickstoff (N2), für die Beleuchtung von
Straßen und Beheizung von Wohnungen durch Kohlevergasung hergestellt (DVGW 2013). Heutzutage
wird das Vergasungsverfahren häufig für die Herstellung von Synthesegas aus z. B. Kohle oder
Biomasse eingesetzt. Die weltweite Vergasungskapazität von insgesamt 412 Vergasern in 2010 belief
sich auf ca. 71 GWth Synthesegas (brennwertbezogen) (DOE/ NETL 2010, S. 1). Des Weiteren gewinnt
die Vergasung von Biomasse für die Energieversorgung (z. B. Wärme, Strom oder Kühlung) aufgrund der
Verknappung der fossilen Brennstoffe sowie der Nachhaltigkeit der Biomassenutzung zunehmend an
Bedeutung.
Unter Wärmeeinwirkung (autotherm oder allotherm) sowie der Zugabe von Vergasungsmittel (z. B. Luft,
Sauerstoff, Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid oder deren Mischungen) durchlaufen die im Vergasungsreaktor
eingesetzten Brennstoffe viele physikalische und chemische Teilprozesse, die in die Abschnitte
(i) Trocknung, (ii) Pyrolyse, (iii) partielle Oxidation und (iv) Reduktion unterteilt werden können. Bei der
pyrolytischen Zersetzung werden Gase (z. B. CO, CO2, H2, CH4 und C2-C5), Teere (Kohlenwasserstoffverbindungen
mit C > 6) freigesetzt, die zusammen mit dem verbleibenden Koks in den nächsten
Reaktionsschritten weiter umgewandelt werden. Abbildung 3.1 zeigt, dass die Massenverteilung der
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