Steigerung der Wasserstoffausbeute aus der thermo-katalytischen Reformierung biogener Reststoffe

Die vom Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits-, und Energietechnik (UMSICHT) entwickelte TCR® Technologie, wandelt biogene Rest- und Abfallstoffe in energiehaltige Zwischenprodukte und Sekundärenergieträger. Die Rest- und Abfallstoffe werden in Bioöl-, Synthesegas- und Karbonisatprodukte gewandelt. Das patentierte Verfahren mit der Bezeichnung Thermo-Catalytic-Reforming TCR® gehört zu den Pyrolyseverfahren und unterscheidet sich zu den herkömmlichen Verfahren in der nachgeschalteten Reformierungsstufe. Diese Reformierungsstufe ermöglicht eine Steigerung der Bioöl sowie Kabonisat-Qualität und die Erzeugung wasserstoffhaltiger Synthesegase. (1) Die Technologie spielt eine zentrale Rolle im Waste2HYEngine-Projekt, bei dem aus dezentral verfügbaren biogenen Reststoffen ein wasserstoffreiches Synthesegas produziert wird. Nach der Filtration durch eine Kohlenstoffmembran wird das Synthesegas als Brennstoff für einen Wasserstoffmotor der Firma DEUTZ AG genutzt, der an der Universität Heilbronn bereitsteht. Die Kohlenstoffmembran, hergestellt aus dem Karbonisat der TCR® Technologie, wird vom Projektpartner Fraunhofer IKTS (Institut für Keramische Technologien und Systeme) entwickelt. Durch die Filterung der Membran soll ein Synthesegas mit mehr als 90 Vol.% H2 der Universität Heilbronn zur Verfügung gestellt werden. Mit dem Projekt soll die Realisierung der Prozesskette im Pilotmaßstab, der Vergleich mit alternativen Wasserstofferzeugungskonzepten und Schaffung einer hochwertigen Nutzung von Pyrolysegasen erreicht werden. Ziel dieser Arbeit ist es, das TCR® Verfahren im Hinblick auf die Wasserstoffausbeute aus dem Einsatzstoff experimentell zu optimieren sowie die Implementierung weiterer Prozessschritte zur Nutzung vorhandener Potentiale in der Synthesegaszusammensetzung. Zur Untersuchung geeigneter Maßnahmen steht am Standort Sulzbach - Rosenberg des Fraunhofer UMSICHT eine TCR® Anlage im Forschungsmaßstab, ein mit der Reformierungsstufe nahezu baugleicher Reaktor und eine Gaswaschanlage zur Verfügung. Durch die in dieser Arbeit umgesetzten Optimierungen und Anlagenerweiterungen konnte der H2 Volumenstrom um etwa 60% sowie der Volumenanteil im Synthesegas von etwa 35% auf etwa 44%, im Vergleich zum herkömmlichen TCR® Verfahren, gesteigert werden.

The TCR® technology developed by the Fraunhofer Institute for Environmental, Safety and Energy Technology (UMSICHT) converts biogenic residues and waste materials into energy-containing intermediate products and secondary energy sources. The residual and waste materials are converted into bio-oil, synthesis gas and carbonate products. The patented process, known as Thermo-Catalytic-Reforming TCR®, is a pyrolysis process and differs from conventional processes in the downstream reforming stage. This reforming stage enables an increase in oil quality and the production of hydrogen-containing synthesis gases. (1) The technology plays a central role in the Waste2HYEngine project, in which a hydrogen-rich synthesis gas is produced from decentralised biogenic waste materials. After filtration through a carbon membrane, the synthesis gas is used as fuel for a hydrogen engine from DEUTZ AG, which is available at Heilbronn University. The carbon membrane, made from the carbonisate of TCR® technology, is being developed by project partner Fraunhofer IKTS. By filtering the membrane, a synthesis gas with more than 90 vol.% H2 will be made available to the University of Heilbronn. The project aims to realise the process chain on a pilot scale, compare it with alternative hydrogen generation concepts and create a high-quality use of pyrolysis gases. The aim of this work is to experimentally optimise the TCR® process with regard to the hydrogen yield from the feedstock and to implement further process steps to exploit existing potentials in the synthesis gas composition. A research-scale TCR® plant, a reactor almost identical in construction to the reforming stage and a gas scrubbing plant are available at the Sulzbach - Rosenberg site of Fraunhofer UMSICHT to investigate suitable measures. The optimisations and plant extensions implemented in this work made it possible to increase the H2 volume flow by approximately 60% and the volume fraction in the synthesis gas from around 35% to around 44% compared to the conventional TCR® process.