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Biomasse-Feuerung für die Zukunft fit machen (BioFfit)

Feinstaubemissionen betreffen nicht nur den Straßenverkehr, auch häusliche Kleinfeuerungsanlagen sind hierfür maßgeblich verantwortlich. BioFit will hier Abhilfe schaffen.

Die ambitionierten globalen Klimaschutzziele erfordern Maßnahmen im gesamten Energiesystem, auf zentraler und dezentraler Ebene von der Erzeugung bis zur Anwendung. Holzbetriebene Einzelfeuerungen können dabei einen nennenswerten Beitrag zur Schonung fossiler Ressourcen und Reduktion der Klimagasemissionen leisten. Allerdings liegen deren Feinstaubemissionen brennstoff- und technikbedingt bei jährlich 24.000 Tonnen und überschreiten damit deutlich die Feinstaubemissionen von Pkw und Lkw. Das Ziel des Projekts ist die Erforschung, Entwicklung und Demonstration eines hocheffizienten Partikelabscheiders für den typischen Leistungsbereich von Einzelholzfeuerungsstätten, in Kombination mit passiver, automatischer Reinigung unter dem Einsatz von funktionalen Materialien. Mit Hilfe einer gekoppelten Verbrennungsregelung soll zudem der feuerungstechnische Wirkungsgrad erhöht und die Schadstoffemissionen gesenkt werden und im Zusammenspiel mit dem Partikelabscheider analysiert werden. Durch den Betrieb mit thermoelektrisch erzeugter elektrischer Energie kann der Abscheider und/oder die Verbrennungsregelung zudem fernab von Stromnetzen betrieben werden, oder kann eine wirtschaftliche Alternative zur nachträglichen Installation einer Stromversorgung darstellen. Die Entwicklung zielt auf Neuanlagen genauso wie auf die Nachrüstung des Anlagenbestandes.

Erste Erfahrungen und wichtige Erkenntnisse zu den hier ebenfalls verwendeten Thermoelektrischen Generatoren, konnte das Fraunhofer IPM bereits in einem vorangegangenen Innovationsfonds Projekt, im Kontext eines anderen Anwendungsfalls, gewinnen.

Projektdaten

Projektnummer 2020-11
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Fraunhofer IPM
Laufzeit 01.11.2019 - 31.12.2021
Zuschuss 150.000€

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

TeWaB, Wirkungsgradsteigerung eines BHKW mittels Thermoelektrischem Wärmetauscher
Freiburg

Thermoelektrische Generatoren im Hochtemperaturbereich für BHKW

Wie wirtschaftlich ein BHKW ist, hängt wesentlich von dessen elektrischem Wirkungsgrad ab. Wärmetauscher mit thermoelektrischen Generatoren können aus dem heißen Abgas des BHKWs zusätzlich Strom gewinnen und damit den Wirkungsgrad erhöhen. Thermoelektrische Generatoren wandeln Wärmeströme zwischen einer warmen und einer kalten Seite in elektrische Energie um. Sie sind robust, weitgehend wartungsfrei und langlebig, jedoch eigneten sich herkömmliche Generatoren nur für Temperaturen bis 200 °C. So bleibt die Wärmeenergie aus dem Abgasstrom ungenutzt. Das Fraunhofer Institut für physikalische Messtechnik (IPM) hat in den vergangenen Jahren erstmals Module entwickelt, die sich für Temperaturen bis 550 °C eignen. Zusammen mit der Firma Schleif Automation, spezialisiert auf den innovativen Anlagenbau, entwickelte das IPM einen thermoelektrischen Generator, der parallel zum vorhandenen Wärmetauscher die BHKW-Abwärme nutzt. Hierdurch kann neben der reinen Brauchwassererwärmung zusätzlich mit Hilfe des Wärmetauschers elektrischer Strom generiert werden. Das Projektteam simulierte zunächst das Verhalten des thermoelektrischen Wärmetauschers bei Betrieb im Abgasstrom eines BHKWs, um eine möglichst hohe Ausbeute an elektrischer Leistung zu erzielen. Danach wurde ein eigens optimierter thermoelektrischer Wärmetauscher hergestellt und in einem von badenova betriebenen Schleif-BHKW eingesetzt. Die anfallenden Daten integrierten die Forscher in die BHKW-Steuerungssoftware, um einen reibungslosen und effektiven Betrieb zu garantieren. Nach dieser Testphase kam der Wärmetauscher in einem von badenova betriebenen Schleif-BHKW zum Einsatz. Das Ergebnis des Projekts zeigte, dass damit der elektrische Wirkungsgrad des BHKWs um etwa 3 % gesteigert kann. In Zukunft könnten solche thermoelektrische Generatoren nicht nur in BHKWs, sondern auch in Fahrzeugen Verwendung finden und so dazu beitragen Treibstoff und CO2 einzusparen. Darstellung drei wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt: Thermoelektrische Module zur Abwärmeverstromung sind verfügbar und einsatzbereit für Anwendungen Thermoelektrische Module haben ein hohes TRL-Level erreicht und es waren während des Testbetriebs in der realen Anwendung keine Alterungseffekte ersichtlich. Ein Betrieb über 1000 h konnte ohne technische Probleme und ohne Leistungsreduktion nachgewiesen werden. Systemintegrationskonzept von thermoelektrischen Modulen in Anwendungen ist entscheidend für Wirkungsgrad und RoI. Die Erkenntnisse und Erfahrungen aus diesem Projekt haben zu einem neuen Innovationsfonds Antrag geführt, zu einem Projekt mit dem Anwendungsfall der Nutzung von thermoelektrischen Elementen, für die Versorgung von Regelungseinheiten für eine effizientere Feststoffverbrennung . Wie es beispielsweise bei Stückholzkaminen der Fall ist. Damit können solche Feuerungsanlagen ohne Stromanschluss nachgerüstet und der Ausstoß von Schadstoffen verringert werden.

Mobile Pyrolyse in Weinberg- und Landschaftspflege für effiziente Biomassenutzung, Klimaschutz und CO2-Reduktion
Ihringen

Mobile Pyrolyse in Weinberg- und Landschaftspflege für effiziente Biomassenutzung, Klimaschutz und CO2-Reduktion

Bei der Landschaftspflege sowie beim Reb- und Obstschnitt fallen jährlich große Mengen Biomasse an. Diese bleiben bisher meist ungenutzt, denn Blätter, Gras und manchen Holzschnitt zu transportieren ist aufwändig und zeitintensiv. Das Material eignet sich nur wenig für die Verbrennung und auch kaum, um Biogas zu produzieren. Mobile Pyrolysegeräte hingegen eignen sich bestens für diese Situation. Unter großer Hitze und ohne Sauerstoffzufuhr wandelt die Pyrolyse Biomasse in Verbrennungsgas und Biokohle um. Dabei verringert sich das Volumen stark: Aus 10 cbm Grünschnitt – das entspricht in etwa drei Tonnen Trockenmasse – entstehen etwa 500-700 kg leicht transportfähige Biokohle. Gas und Biokohle kann man anschließend energetisch nutzen. In den Boden eingearbeitet bietet die Biokohle außerdem weitere Vorteile. Da sie Nährstoffe- und Wasser speichert, verbessert die schwarze Masse den Boden. Viele Biokohlen (allgemein gesagt „Pflanzenkohlen“ oder bei holzigem Material „Holzkohle“) sind mit ihrer enormen Oberfläche ein effektiver Nährstoff- und Wasserspeicher. Richtig angewandt, kann die schwarze Masse daher den Boden verbessern. Die bodenverbessernde Wirkung von Holzkohle ist zwar auch in Europa schon lange bekannt. Außerdem eignet sie sich als Kohlenstoffsenke: Anders als herkömmliche Verfahren, deren CO2-Bilanz 1:1 beträgt, speichert die Kohle den Großteil des pflanzlichen Kohlenstoffes langfristig im Boden. Das Projekt testete für zwei Jahre eine mobile Pilotanlage im Weinbau und in der Landschaftspflege und prüfte, wie rentabel und klimaschützend das Verfahren mit dem ist. Der BiGchar-Prototyp, der hierfür verwendet wurde, stammt aus Australien, wo man die ofenartigen Geräte schon erfolgreich mit verschiedenen Biomassen einsetzte. Die Anlage passt auf einen herkömmlichen Anhänger und eignet sich somit bestens für die steilen südbadischen Weinberge. Außerdem prüften die Forscher, wie sich die Biokohle für den Boden eignet und ob eventuell Begleitstoffe wie Dioxine entstehen. Eine Nachverbrennung oder andere Abgasreinigungstechnik soll die deutschen Abgasstandards sicherstellen. Die Pilotanlage zeigt so neue Wege, die Landschaftspflege zu vereinfachen und mit Biokohle neue Einkommensquellen zu finden.

Biomasse-Feuerung für die Zukunft fit machen (BioFfit)
Freiburg

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