Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang Bernstein, Dr.-Ing. Nguyen Thanh Quang,
Dr.-Ing. Klaus Koppe (Vortragender), Dipl.-Ing. Marco Klemm
Energetische Aspekte bei der Verbrennung und Vergasung von Holz - Experiment und Modellierung -
Vortrag
Internationaler und Interdisziplinärer Kongress
Forstwirtschaft nach Kyoto:
„Holz als Kohlenstoffspeicher und regenerativer Energieträger“
Paderborn, 20.-22. November 2000
Überarbeitete Fassung
Seit über 10 Jahren wird an der Professur für Kraftwerkstechnik (Leitung: Prof. Dr. Bernstein) im Institut für Energietechnik der TU Dresden, anknüpfend an die lange Tradition in der Lehre und Forschung zur Problematik der Verbrennung, der Komplex der Verbrennung, Co - Verbrennung und Vergasung von festen Brennstoffen, Abfallstoffen und Biomassen in seiner Gesamtheit, angefangen von den Grundlagen der Brennstoffuntersuchung über das Experiment an Pilotanlagen und der komplexen mathematischen Modellierung bis hin zur Validierung am Original in zeitlich aufeinander folgenden Phasen als anwendungsorientierte Begleitforschung realisiert (Abbildung 1). Für das Gesamtsystem Erzeugung von Strom und Wärme aus Biomasse, respektive Holz, in dezentralen Anlagen der Vergasung soll letztlich eine effiziente Technologie entwickelt werden, die auch den Einsatz von Brennstoffzellen ermöglicht. Hierbei sind die Verunreinigung und der hohe Inertgasanteil des entstehenden Brenngases von großer Relevanz.
Abbildung 1: Phasen anwendungsorientierter Begleitforschung an der Professur für Kraftwerkstechnik der TU Dresden
Anhand einiger konkreter realisierter bzw. in der Entwicklung stehender Projekte soll im folgenden Beitrag die Komplexität der thermischen Nutzung von Holz aufgezeigt werden.
1. Energetische Verwertung von Holz
Die energetische Nutzung von Holz stellt eine durchaus umweltfreundliche Energiegewinnung dar, da sich der geschlossene Kohlenstoffkreislauf und die teilweise Reststoffverwertung sinnvoll ergänzen. Dafür stehen eine Reihe erprobter und am Markt verfügbare Technologien zur Verfügung (Abbildung 2 und 3). Eine interessante Entwicklungslinie stellt die Vergasung (und/oder Co - Vergasung) dar.
Abbildung 2: Energetische Nutzung von Holz

Abbildung 3: Möglichkeiten der Nutzung von Biomasse
2. Analyse der verwendeten Brennstoffe
Holz ist einer der ältesten und zurzeit bedeutendsten Biomasse - Energieträger und kann im Wesentlichen durch seine physikalischen und chemischen Eigenschaften beschrieben werden.
Holz besteht aus den Hauptfraktionen Brennbares, Asche (Inertes) und Wasser. Die Elementaranalyse ermöglicht Aussagen über die Zusammensetzung und bildet die Grundlage für die Berechnung bzw. Modellierung. Auch die Geometrie des Brennstoffes (Korngröße, Oberfläche, u. a.) spielt eine Rolle. Die durchschnittlichen Elementarzusammensetzungen der verwendeten Hölzer sind den Tabellen 1 und 2 zu entnehmen. Die Untersuchungen dazu wurden im eigenen kraftwerkschemischen Labor durchgeführt. Eine dabei ermittelte wichtige Größe ist der Heizwert, der im Durchschnitt bei ca. 17 MJ/kg liegt.
Tabelle 1: Elementaranalyse von Holz im Vergleich zu Rohbraunkohle (LAUBAG); Versuch Pilotanlage ZWSF (siehe Pkt. 4)
|
W
roh
|
A
roh
|
FB
roh
|
Fix. C
waf
|
C
waf
|
H
waf
|
N
waf
|
O
waf
|
S
waf
|
FB
waf
|
Hu
waf
|
|
Gew.-%
|
kJ/kg
|
Rbk
|
21,00
|
4,10
|
40,50
|
34,40
|
67,82
|
4,64
|
1,13
|
25,63
|
0,71
|
54,07
|
25.694
|
Holz (Kiefer)
|
7,00
|
0,70
|
79,20
|
13,10
|
49,98
|
6,05
|
1,41
|
42,52
|
0,03
|
85,81
|
18.280
|
waf - wasser-/aschefrei
FB - Flüchtige Bestandteile
Tabelle 2: Elementaranalyse der Holzsortimente ZEUS (siehe Pkt. 3)
|
|
Misch-
holz
|
Obst-
stiegen
|
Paletten,
unbehandelt
|
Holz-
abfall
|
Wassergehalt
|
Gew.-%
|
8,00
|
7,25
|
7,50
|
18,30
|
Aschegehalt
|
Gew.-%
|
1,87
|
2,42
|
1,45
|
4,81
|
Kohlenstoff
|
Gew.-%
|
46,70
|
45,30
|
46,80
|
39,90
|
Wasserstoff
|
Gew.-%
|
5,50
|
5,46
|
5,55
|
4,54
|
Stickstoff
|
Gew.-%
|
0,54
|
1,08
|
0,07
|
< 0,1
|
Sauerstoff
|
Gew.-%
|
37,35
|
38,45
|
38,61
|
32,20
|
Schwefel
|
Gew.-%
|
0,04
|
0,04
|
0,02
|
0,15
|
Flücht. Bestandteile
|
Gew.-%
|
74,2
|
75,40
|
76,40
|
62,00
|
Heizwert
|
kJ/kg
|
16.924
|
16.419
|
16.902
|
14.559
|
Sintertemperatur 1)
|
oC
|
1.115
|
1.075
|
975
|
1.095
|
Erweichungstemperatur 1)
|
oC
|
1.150
|
1.130
|
1.130
|
1.205
|
Halbkugeltemperatur 1)
|
oC
|
1.230
|
1.180
|
1.165
|
1.250
|
Fließtemperatur 1)
|
oC
|
1.235
|
1.190
|
1.180
|
1.290
|
SiO2 2)
|
Gew.-%
|
27,9
|
36,9
|
43,2
|
36,0
|
Al2O3 2)
|
Gew.-%
|
6,0
|
11,1
|
7,9
|
6,7
|
Fe2O3 2)
|
Gew.-%
|
21,6
|
17,2
|
6,5
|
10,2
|
CaO 2)
|
Gew.-%
|
28,0
|
23,0
|
25,3
|
38,0
|
MgO 2)
|
Gew.-%
|
3,6
|
2,2
|
2,5
|
0
|
SO3 2)
|
Gew.-%
|
8,5
|
3,7
|
9,5
|
3,6
|
Na2O 2)
|
Gew.-%
|
1,8
|
1,7
|
2,7
|
0,6
|
K2O 2)
|
Gew.-%
|
1,5
|
2,6
|
2,4
|
2,6
|
1) Ascheschverhalten nach DIN 51 730
2) Zusammensetzung der Brennstoffasche nach DIN 51 729
3. Verbrennung von Altholz in einer dezentralen Kleinfeuerungsanlage
Die Anlagen zur thermischen Verwertung von Holz unterscheiden sich nur unwesentlich von denen für andere feste Brennstoffe. Im Rahmen eines vom Freistaat Sachsen geförderten Vorhabens „Thermische Verwertung von Alt- und Restholz in Anlagen < 1 MW“ hat die Professur für Kraftwerkstechnik der TU Dresden die wissenschaftliche Begleitung der Untersuchungen an einer Heizanlage bei der Energie- und Umweltsysteme GmbH Zwönitz (ZEUS) übernommen. Die bestehende Anlage (Abbildung 4), ein Kessel mit Unterschubfeuerung (Hersteller: MAWERA Holzfeuerungen GmbH & Co KG) und einer Nennwärmeleistung von 400 kW, wurde in Zusammenarbeit mit der VER GmbH Dresden mit einem Rauchgasreinigungsmodul nachgerüstet. Dieser besteht aus einem Zyklonabscheider (Grobstaubabscheidung), Abgaswärmetauscher (Rauchgaskühler), Gewebefilter (Feinstaubabscheidung), Aktivkohlefilter (Dioxin- und Furanabscheidung) und Abgaswäscher (Sprühabsorber zur Neutralisation von Chlorwasserstoff, Fluorwasserstoff und Schwefeldioxid). Mit dieser Konfiguration werden, nach anfänglichen Problemen bei der Verbrennungsführung (diskontinuierliche Beschickung, ungeregelte Verbrennungsluftzufuhr), die Grenzwerte der Emissionen zuverlässig unterschritten.

Abbildung 4: Heizanlage der Energie- und Umweltsystem GmbH Zwönitz
Am Institut für Geotechnik der TU Dresden fanden zudem röntgenspektroskopische Untersuchungen der Schlackeproben aus der Feuerungsanlage statt und im Labor der Professur für Abfallwirtschaft der TU Dresden erfolgten Analysen zum Chlor- und Fluorwasserstoffgehalt des Roh- und Reingases. Als Hauptmengenbestandteile der Schlacke konnten beispielsweise
Quarz SiO2
Diopsid Ca(Mg, Al) (Si, Al)2O6
Feldspat (Ca, Na, K) (Al, Si)xO8 und
Akermanit Ca2MgSi2O7
nachgewiesen werden.
Es wurde außerdem festgestellt, dass die Verbrennung von Altholz in Unterschubfeuerungen nur unter Einschränkungen möglich ist. Die Bildung von Schlackeschichten und die Entstehung von CO-Spitzen, die Ruß- und Teerbildung, Emissionsspitzen bei Teillastbetrieb sowie das Absinken der maximalen Feuerungsleistung sind einige der Probleme.
Besonders im Falle von neu zu errichtenden Anlagen sollte der Einsatz von Unterschubfeuerungen auf Brennstoffe mit geringem Aschegehalt, mittlerem Feuchtegehalt, definiertem Korngrößenbereich (ohne Grob- und nur mit geringem Feinanteil) beschränkt bleiben. Außerdem sollte diese Feuerungsart mit einer stufenlos regelbaren Brennstoffzufuhr ausgerüstet sein und nur innerhalb enger Grenzen in Teillast betrieben werden.
4. Co - Verbrennung in einer Pilotanlage mit Zirkulierender Wirbelschichtfeuerung (ZWSF) und Simulationsrechnung mit einem Zellenmodell
Die Kombination der Verbrennung von Regelbrennstoff mit Holz (oder anderen Biomassen und Abfallstoffen), wo ein Teil des Hauptbrennstoffes (z. B. Kohle) durch Holz (Sekundärbrennstoff) substituiert wird, ist eine durchaus gängige Technologie [BERNSTEIN et al 1998].
An der ZWSF - Pilotanlage (Abbildung 5) der TU Dresden mit einer Leistung von 300 kWth wird neben einer Vielzahl von anderen Brenn- und Abfallstoffen (z. B. Müll, Lackschlamm, Elektronikschrott) sowie Biomassen auch Holz (Natur- und Altholz) mitverbrannt. Das Zirkulationssystem besteht aus einem thermisch isolierten 6,7 m hohen Verbrennungsreaktor mit einem inneren Durchmesser von 320 mm, einem luftgekühlten Abscheidezyklon und einem wassergekühlten Siphon. 51 Messwertaufnehmer (Temperatur, Druck und Mengenströme) sowie 2 Rauchgasanalysensysteme stehen für die Messwerterfassung zur Verfügung. Bei den Versuchen erfolgte die Auswertung der Verbrennungstemperaturen, des Verbrennungs-verhaltens, der Gasemissionen, der Asche-zusammensetzung, der Mengenbilanz und der Besonderheiten bei der Co - Verbrennung. Dabei zeigt sich, dass das Verbrennungsverhalten u. a. stark von der Geometrie des Holzes abhängig ist.
Abbildung 5: ZWSF - Pilotanlage der TU Dresden und ihre Aufteilung in Zellen
Zusammensetzung und Wassergehalt bestimmen die Ausbrandzeit und somit den Ort der Verbrennung innerhalb des Reaktors. In der Abbildung 6 sind die Gasanteile bei der Pyrolyse von Holz in Abhängigkeit von der Temperatur und in der Abbildung 7 die Gasanteile für das Brennstoffgemisch Rohbraunkohle-Holz in Abhängigkeit von den Heizwertverhältnissen bei einer ganz bestimmten Temperatur (hier: 800 0C) beispielhaft wiedergegeben [QUANG 1999]. Im Vorfeld der Untersuchungen wurde der Komplex der Pyrolyse bearbeitet. Hier konnte die am Institut für Energietechnik der Universität GH Siegen vorhandene Versuchsanlage (Abbildung 8) genutzt werden. Eine Besonderheit bei der Holzpyrolyse ist die rapide Steigerung des CO - Gehaltes in den Permanentgasen ab 650 oC (siehe hierzu Abbildung 6).
Abbildung 6: Gasanteile bei der Holzpyrolyse [QUANG 1999]

Abbildung 7: Gasanteile bei der Gemischpyrolyse Braunkohle-Holz bei 800 0C [QUANG 1999]

Abbildung 8: Schematische Darstellung der Pyrolyseanlage der Universität GH Siegen [QUANG 1999]
Parallel zur Entwicklung der Wirbelschichtfeuerung sind eine Vielzahl von Simulationsrechnungen entstanden. Die Modellierung der Mitverbrennung fehlte jedoch bislang. Im Rahmen einer wissenschaftlichen Arbeit [QUANG 1999] ist dazu ein mathematisches Modell zur Simulationsrechnung für den Betrieb einer ZWSF beim Einsatz von Gemischen entwickelt worden. Die neue Version zeichnet sich durch die experimentell gestützten Eingabewerte für die Pyrolyse und die verbesserten Berechnungsalgorithmen der Emissionen aus (Tabelle 3). Die Strömungsrechnung zur Bestimmung der Feststoffverteilung in allen Teilen der Anlage wird dabei vorher durchgeführt. Danach folgt die Berechnung der Verteilung der Pyrolysegase und des Kokses über die Bilanzräume. Das System der Erhaltungsgleichungen dient schließlich der Iterationsrechnung über alle Bilanzräume und für alle Iterationsvariablen (Newton–Raphson-Verfahren). Sie dauert so lange, bis die Konvergenzbedingungen erfüllt werden.
Tabelle 3: Modellvariable für die Simulation der ZWSF [QUANG 1999]
unab-hängige Variable
|
Anlagen-variable
|
- geometrische Abmessungen
- Stellen der Brennstoffzufuhr
- Stellen der Luftzufuhr
- Stellen der Zirkulationsströme
|
Betriebs-variable
|
- Elementaranalyse und Heizwert der einzelnen Brennstoffe
- ursprüngliche Korngrößenverteilung der einzelnen Brennstoffe im Feed
- Massenstrom der einzelnen Brennstoffe
- Massenstrom des Kalksteins
- Aufteilung des Luftstromes in Primär- und Sekundärluft
- Temperatur der Luft
- Feststoffmenge
- Feststoffdichte
- mittlerer Durchmesser des Umlauffeststoffes
- Zyklon-Abscheidegrad
|
abhängige Variable
|
Betriebs-variable
|
- Porosität in den Zellen
- Feststoffaufwärts- und Festabwärtsbewegung
- Partikelgrößenverteilung des Kokses
- Zusammensetzung und Verteilung der flüchtigen Gase
- Gas- und Partikeltemperatur
- Reaktionsumsätze
- Rauchgaskonzentrationen
- Kohlenstoffgehalt
- Wärmeübergangskoeffizienten
- Wärmeströme
|
Die Einheit von Experiment und mathematischer Beschreibung verbunden mit dem Kriterium der Praxis wurde damit bestätigt.
Gemeinsame Forschungsarbeiten mit Hochschulen des Auslandes (z. B.: TU Ostrava / Tschechien; Universität Minia / Ägypten) auf dem vorgenannten Gebiet ergänzen das Sachwissen und bündeln das bestehende Know-how, um der wachsenden Komplexität der Probleme zu begegnen.
5. Zweidimensionales Zellenmodell in Verbindung mit einer 75-kW-Festbett-Vergasungs- Pilotanlage
Eine Alternative zur Verbrennung bzw. Co - Verbrennung ist die Vergasung (siehe Abbildungen 9 und 10). Gegenwärtig sind dazu eine Vielzahl von Entwicklungsaktivitäten zu verzeichnen [BERNSTEIN et al 1999]. Die Nutzung des entstehenden Holzgases in nachgeschalteten Gasmotoren im Rahmen der dezentralen Kraft - Wärme - Kopplung ist ein durchaus interessantes Projekt.

Abbildung 9: Vergasungsverfahren [BERNSTEIN et al 1999]
Abbildung 10: Mögliche Verfahrenstechnologien [BERNSTEIN et al 1999]
Der im Energiezentrum Espenhain errichtete und betriebene HTV - Juch - Gleichstrom - Vergaser mit verstell- und regelbarem Gegenkegel, ausgelegt für Holz bzw. Altholz in Form von Hackschnitzeln, ist mit Problemen behaftet. Eine detaillierte Beschreibung dazu ist beispielsweise dem Vortrag [SENGER et al 2000] auf diesem Kongress zu entnehmen. Eine Optimierung der Anlage ist dringend angezeigt. Am Beispiel eines Festbettvergasers sollen nun die notwendigen Untersuchungen zur Lösung einer Vielzahl noch offener technischer Fragen aufgezeigt werden. Gegenwärtig laufen dazu Untersuchungen (Testversuche) an der Professur für Kraftwerkstechnik der TU Dresden. Im Mittelpunkt steht eine 75-kW-Festbett-Vergasungs-Pilotanlage (Abbildung 11), die mit Fördermitteln des Freistaates Sachsen unter Federführung der VER Verwertung und Entsorgung von Reststoffen GmbH Dresden projektiert, gefertigt, montiert und im Oktober 2000 in Betrieb genommen wurde. Der Vergasungsreaktor, ein nach dem Gleichstromprinzip abwärts arbeitender Gaserzeuger, ist eine Stahlkonstruktion mit einer feuerfesten Auskleidung auf der Innenseite und einer rotierenden Lanze zur Zuführung des Vergasungsmittels (Luft) mit keramischem Mundstück. Der Referenzbrennstoff (unbelastetes Holz; lufttrocken; Heizwert ca. 15 MJ/kg) wird zunächst auf eine bestimmte für die Vergasung optimierte Korngröße (Größe < 2 cm; Dicke < 5 cm) aufbereitet und über eine Schleuse mittels Rohrschneckenförderer dem Vergaser zugeführt. Nach der im Vergaser erfolgten Trocknung, Entgasung und Vergasung entsteht ein Schwachgas, das zunächst (bis zur motorischen Nutzung) in einer Brennkammer verbrannt und anschließend über einen Wärmetauscher (Rauchgaskühlung) und Saugzug in einem Kamin geleitet wird. An der unteren Öffnung des Vergasungsschachtes befindet sich ein rotierender Rost. Die anfallende Asche wird nach Bedarf ausgeschleust. Leittechnik, Sensorik, Steuerung, Visualisierung und Bedienung über Protool Pro 5.0 (lauffähig auf Pentium-Standard-PC) ergänzen die Anlagentechnik.

Abbildung 11: 75 - kW - Festbett - Gleichstrom - Vergaser (Pilotanlage) der TU Dresden. Gesamtansicht/Schnitt
Parallel dazu erfolgt durch ein effektives numerisches Verfahren zur Modellierung und Simulation die Nachbildung der Verhältnisse im Reaktor (Abbildung 12). Berücksichtigt werden dabei die Strömungs-, Temperatur- und Energie- bzw. Massenverhältnisse sowie die chemischen Reaktionen der Gasbildung. Zur Bilanzierung werden zylindrische Koordinaten (Abbildungen 13 und 14) genutzt. Der Wärmeaustausch in axialer und radialer Richtung mit den benachbarten Ringzellen sowie die Enthalpieströme sind beispielsweise Bestandteil der Energiebilanz. Die Kompliziertheit der Zusammenhänge erfordert eine iterative Lösung des Gleichungssystems (Newton-Raphson-Verfahren). Erste Resultate zeigen die Stoffströme und Temperaturen in den einzelnen Zellen. Dabei ist unter anderem zu erkennen, dass neben der Temperatur die Porosität einen deutlichen Einfluss auf die Reaktionen hat.

Abbildung 12: Zellenmodell Festbettvergasung

Abbildung 13: Energie- (oben) und Stoffbilanz (unten) des Vergasers nach dem homogenen Zellenmodell (zylindrische Koordinaten)
In der Einheit mit moderner Experimental- und Messtechnik (umfangreiches Messprogramm) an der Anlage fließen die beim Betrieb gewonnen Ergebnisse später in das Rechenprogramm ein.
Das entstehende Holzgas schwankt - wie bisherige Veröffentlichungen zeigen - in seiner Zusammensetzung je nach angewendeten Verfahren und den Eigenschaften des Ausgangsstoffes erheblich (Tabellen 4 und 5).
Tabelle 4: Qualität des Produktgases aus der Holzvergasung in g/Nm3
|
Festbettvergaser
|
Wirbelschicht
|
Pilotanlage
Espenhain
|
Gleichstrom
|
Gegenstrom
|
stationäre
|
zirkulierende
|
Partikelgehalt
|
Bereich
|
0,1 ... 3
|
0,02 ... 8
|
1 ... 100
|
8 ... 100
|
Σ 0,03 ... 0,8
|
Mittelwert
|
1
|
1
|
4
|
20
|
|
Teergehalt
|
Bereich
|
10 ... 150
|
0,01 ... 6
|
1 ... 23
|
1 ... 30
|
0,15
|
Mittelwert
|
50
|
0,5
|
12
|
8
|
|
Tabelle 5: Anforderungen an die Gasqualität
|
Gasmotor
|
Brennstoffzelle
|
PEM
|
PAFC
|
MCFC
|
SOFC
|
Staub
|
< 50 mg/Nm3
|
< 1 mg/Nm3
|
< 1 mg/Nm3
|
< 1 mg/Nm3
|
≤ 10 ppm
|
Teer
|
< 100 mg/Nm3
|
< 1ppm
|
< 1ppm
|
Spuren
|
< 1000 ppm
|
CO
|
stört nicht
|
10 ... 100 ppm
|
< 0,2 %
|
stört nicht
|
stört nicht
|
S (total)
|
< 0,15 %
|
< 1 ppm
|
< 1 ppm
|
< 1 ppm
|
< 1 ppm
|
Halogene
|
< 400
|
à 0
|
0,05 ppm
|
< 1 ppm
|
< 1 ppm
|
Tabelle 6: Zusammensetzung von Holzgas im Vergleich zu Erdgas [BERNSTEIN et al 1999]
|
Einheit
|
Erdgas (Anhaltswerte)
|
Holzgas
|
methanarm
|
methanreich
|
Wasserstoff
|
H2
|
Vol.-%
|
-
|
-
|
5,5 ... 27
|
Kohlenmonoxid
|
CO
|
Vol.-%
|
-
|
-
|
10 ... 25
|
Kohlendioxid
|
CO2
|
Vol.-%
|
0,8
|
1,0
|
8 ... 17
|
Stickstoff
|
N2
|
Vol.-%
|
14,0
|
1,1
|
40 ... 61
|
Sauerstoff
|
O2
|
Vol.-%
|
-
|
-
|
0,4 ... 0,6
|
Schwefelwasserstoff
|
H2S
|
Vol.-%
|
-
|
-
|
0,1 ... 2
|
Kohlenoxidsulfit
|
COS
|
Vol.-%
|
-
|
-
|
-
|
Ammoniak
|
NH3
|
mg/m3
|
-
|
-
|
-
|
Zyanwasserstoff
|
HCN
|
mg/m3
|
-
|
-
|
-
|
Wasser
|
H2O
|
Vol.-%
|
-
|
-
|
13 ... 17
|
Methan
|
CH4
|
Vol.-%
|
81,8
|
93,0
|
S Cn Hm =
0,5 ... 5
|
Äthylen
|
C2H4
|
Vol.-%
|
-
|
-
|
Äthan
|
C2H6
|
Vol.-%
|
2,8
|
3,0
|
Propan
|
C3H8
|
Vol.-%
|
0,4
|
1,3
|
n-Butan
|
C4H10
|
Vol.-%
|
0,2
|
0,6
|
(unterer) Heizwert
|
Hu
|
MJ/m3
|
31,74
|
37,35
|
4 ... 6,5
|
6. Zusammenfassung und Ausblick
Die ökologisch bestimmte thermische Energieumwandlung von Holz durch Verbrennung, Co- Verbrennung und Vergasung sind Teil der Forschung und Lehre an der Professur für Kraftwerkstechnik im Institut für Energietechnik der Technischen Universität Dresden. Von der Kennzeichnung, Klassifizierung und Aufbereitung des Brennstoffes, dessen reaktionskinetische Umsetzung und komplexe mathematische Modellierung des Verbrennungs- bzw. Vergasungsvorganges in der Anlage mit modifizierten Programmen, die Bildung von Schadstoffen und ihre Beeinflussung bis hin zur Überführung der Ergebnisse in die Praxis ist die Durchgängigkeit und Komplexität der anwendungsorientierten Begleitforschung gekennzeichnet.
Kleinfeuerungsanlagen für Holz, als älteste und einfachste Art der energetischen Nutzung, sind heute Stand der Technik, wobei die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte nicht ganz unproblematisch ist. Eine optimale Verbrennungsführung wird hier ebenso vorausgesetzt, wie eine Minderung der CO- und NOx- Emissionen. Die Mitverbrennung in beispielsweise Kohlekraftwerken ist eine weitere Möglichkeit. Künftig werden aber auch der Vergasungstechnik in Verbindung mit Verbrennungskraftmaschinen gute Chancen eingeräumt. Erste Pilotanlagen sind realisiert. Ebenso ist es möglich, dass die Vergasung ein in einer Brennstoffzelle nach der Gasreinigung verwertbares Produktgas (Tabelle 5; Abbildung 15) liefert.
Zeitgleich laufen theoretische Untersuchungen, Vergasungsverfahren mit der Brennstoffzelle zu kombinieren.

Abbildung 15: Mögliches Anlagenkonzept zur Nutzung von Biomasse in Hochtemperaturbrennstoffzellen
Die vorgenannten Untersuchungen sind ein Beitrag der Technischen Universität Dresden die Biomassenutzung im kleinen und mittleren Größenbereich (100 kW bis 10 MW) der Realisierung ein Stück näher zu bringen.
7. Literaturverzeichnis
BERNSTEIN, W.; BRUNNE, T.; HILLER, A.; ALBRECHT, J.; QUANG, N.T. (1998): Die Verbrennung von Mischbrennstoffen in der Zirkulierenden Wirbelschicht - Experimentelle Untersuchungen und mathematische Modellierung. Tagungsband 3. Kongressmesse Umweltconcept. Dresden 1998
BERNSTEIN, W.; KOPPE, K. (1999): Vergasung von Ersatzbrennstoffen und Nutzung des Synthesegases in vorhandenen Energieerzeugungsanlagen. 4. Fachtagung Thermische Abfallbehandlung. Dresden 1999
QUANG, N.T. (1999): Pyrolyse und Verbrennung der Brennstoffe und Brennstoffgemische in zirkulierenden Wirbelschichtfeuerungen - Experiment und Modellierung - Dissertation TU Dresden 1999, 149 S.
SENGER, W.; ERICH, E. (2000): Stand der heutigen Vergasungstechnik/Erfahrungen mit dem HTV-Vergaser im Dauerbetrieb (Verbundbetrieb HTV-Anlage Espenhain). Vortrag Internationaler und Interdisziplinärer Kongress. Paderborn 2000
Autoren:

BERNSTEIN QUANG N.T. KOPPE KLEMM
Quelle: Tagungsband Shaker Verlag Aachen 2001, ISBN 3-8265-8641-7, S. 283-297
Copyright © Koppe 2009