Energetische Nutzung agrarischer Reststoffe mittels thermo-chemischer Wandlung in Wirbelschichtreaktoren

Der überwiegende Teil der aktuellen regenerativen Energiebereitstellung durch Biomasse sowie die legislative Fokussierung bei der zukunftsweisenden Kraft-Wärme-Kopplung basiert auf Holz als erneuerbare Ressource. Daraus resultiert eine stetig steigende Holznachfrage bei fortlaufend abnehmenden Reserven für die stofflichen Nutzungspfade. Auf Grundlage dessen steigen die Kosten für Holz und die Wirtschaftlichkeit bestehender Nutzungsverfahren sinkt. Bereits 2030 wird ein Defizit von 150 Mio.t Holz in der europäischen Holzbilanz zwischen Bereitstellungs- und Nutzungspotential vorherrschen. Vor diesem Hintergrund sind ungenutzte biogene Reststoffe mit hohem Potential für eine energetische Verwertung zu erschließen. Dieser Umstand trifft vor allem auf agrarische Reststoffe zu, für die sich eine direkte stoffliche Verwendung weitestgehend ausschließt (Getreidespreu bzw. -schalen). Allein in Deutschland liegt das theoretisch verfügbare Reststoffpotential bspw. bei 20 Mio.t. pro Jahr. Mit der Bearbeitung des Projektes ""Energetische Spreunutzung"" wird das Ziel verfolgt, auf Basis umfangreicher labortechnischer Charakterisierung der Brennstoffeigenschaften (Thermogravimetrie, Aschesinterverhalten, Bestimmung der elementaren Zusammensetzung von brennbaren und nichtbrennbaren Komponenten, etc.) sowohl das über- als auch unterstöchiometrische thermochemische Konversionsverhalten von repräsentativen agrarischen Reststoffen (Weizen- bzw. Gerstenspreu, Raps- und Sojaschalen, etc.) mit hoher Relevanz für den mitteleuropäischen Landwirtschaftssektor separat bzw. als Gemisch anhand von Wirbelschichtanlagen im Labor- und Technikumsmaßstab zu erforschen sowie die Möglichkeiten zur Konditionierung der Prozessprodukte zu identifizieren und das Optimierungspotential abzuschätzen. Weiterhin werden im Sinne der Schaffung geschlossener Stoffkreisläufe die stofflichen Einsatzmöglichkeiten der Prozessprodukte aufgezeigt bzw. Maßnahmen zur positiven Beeinflussung ergriffen. Untersuchte Prozesse sind hierbei die Wirbelschichtverbrennung und -vergasung. Erste Forschungsergebnisse ergaben für Weizenspreu im Vergleich zu Weizenstroh eine höhere Ascheerweichungstemperatur (bei Spreu > 1.367 °C, Stroh mit 762 °C), einen niedrigeren Aschegehalt (Weizenspreu mit 9,3 Ma.-%, Weizenstroh 11,5 Ma.-%) sowie geringere Konzentrationen von Alkalien (z.B. Kalium 0,63 Ma.-% TS bei Spreu, 1,01 Ma.-% TS bei Stroh) und Chlor (Spreu 360-400 mg/kg TS, Stroh 1.900 mg/kg TS) bei ähnlichen Brennstoff-umsetzungsgraden und Produktgasqualitäten, wodurch sich diese Reststoffe für die thermische Nutzung anbieten. Es werden grundlegende Forschungsarbeiten zum Konversionsverhalten agrarischer Reststoffe für die verfahrenstechnische Konzeptionierung thermochemischer Wandlungsanlagen durchgeführt. Dies trifft insbesondere auf innovative Konzepte zur dezentralen energetischen Nutzung mit Kraft-Wärme-Kälte-Bereitstellung im Leistungsbereich von 1 - 10 MW FWL zu, um somit einen Beitrag zur Erschließung des bisher ungenutzten Potentials landwirtschaftlicher Reststoffe zur Energiebereitstellung zu leisten. Im Ergebnis dieses Vorhabens werden belastbare Datengrundlagen zur elementaren Brennstoffzusammensetzung und zum Konversionsverhalten der agrarischen Reststoffe ermittelt, wodurch eine Verfahrens- bzw. Konzeptumsetzung insbesondere im ländlichen Sektor ermöglicht werden soll. Potentielle Nutzer sind u.a. landwirtschaftliche Betriebsstätten und -verbünde mit Wärme- /Kälte- und/oder Strombedarf sowie einem etwaigen Bedarf an stofflicher Nutzung der Prozessprodukte, die gleichsam den entsprechendem Reststoffanfall aufweisen können.