Zusammenfassung der Knacknüsse & Fortschritte

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1 Wir schaffen Wissen heute für morgen Paul Scherrer Institut Serge Biollaz Stand der Entwicklung im Bereich Holzmethanisierung: Knacknüsse und Fortschritte Bern, Aufbau des Referates Einleitung Vergasung von Biomasse/Holz Methanisierung Zusammenfassung der Knacknüsse & Fortschritte Ausblick Bern, , Biogas-Workshop 2 1

2 Einleitung Bern, , Biogas-Workshop 3 Das Biomethan: 4 Technologie-Generationen Quelle: Projekt GAYA von GdF/Suez Bern, , Biogas-Workshop 4 2

3 Biomassen und Überschussstrom zu SNG/Biomethan Waldholz, Restholz Algen, Gülle Grüngut Vergasung Gasreinigung Hydrothermale Vergasung Vergärung Gasreinigung Methanisierung η chem ~ 65% η chem ~ 65% CO 2 aus Luft/Industrie H 2 aus Elektrolyse mit Überschussstrom Methanisierung H 2 O Roh-SNG CH 4, H 2 O, CO 2, (H 2 ) SNG/Biomethan Gasaufbereitung H 2 O, CO 2, (H 2 ) Bern, , Biogas-Workshop 5 Stärken der Technologie Biomethan-aus-Holz Dezentrale Anlagen im Leistungsbereich von 5 bis 10 MW th technologisch möglich Örtliche und zeitliche Entkopplung der Primärenergieumwandlung und Endenergienutzung Brennstoffflexibilität (naturbelassenes Holz, Altholz, etc.) bei entsprechend verfügbarer Vergasungstechnologie Nutzungsflexibilität des Energieträgers Biomethan (Wärme, elektrische Energie, Mobilität) Betriebskonzepte denkbar vergleichbar zu Nahwärmeverbund oder Industriebetriebe (Rohstoffeigentümer & Anlagenbetreiber) Bern, , Biogas-Workshop 6 3

4 Die Knacknüsse: Stand im Jahre 2000 Erprobte Technologie im erwünschten Leistungsbereich nicht verfügbar, insbesondere für die Vergasung & Methanisierung Entwicklung einer Methan-reichen Vergasung Entwicklung einer Methanisierung, die tolerant gegenüber Teeren und Olefine ist und gut in eine gesamte Prozesskette integriert werden kann Keine Technologieentwickler aktiv. Forschungs- & Entwicklung- (F&E) bzw. Pilot- & Demonstrationsprojekte (P&D) für Kohlegas Mitte der 80er Jahre eingestellt Scheinbarer Wettbewerb mit Biogas der 1. Generation (Grüngut mit Vergärung/ biologische Vergasung ) Bern, , Biogas-Workshop 7 Vergasung von Biomasse/Holz Bern, , Biogas-Workshop 8 4

5 Unterschiedliche Leistungsklassen: Biomethan Leistungsklassen: ~ klein ~ mittel ~ gross Kohle, Thermo-chemisch Biomasse, Thermo-chemisch Biomasse, Biologisch Biogas GoBIGas I GoBIGas II (in Planung) Bio2G (in Planung) η SNG : % η Wärme : 0 20 % Brennstoffleistung Biomass input [MW Fuel [MW ] th ] Biogas GoBIGas I E.On Bio2G Bern, , Biogas-Workshop 9 Brennwert HHV Hs, n [kwh/m3] Schlüsselreaktionen bei der Erzeugung von Biomethan CO + 3 H 2 CH 4 + H 2 O Methanisierung CO + H 2 O CO 2 + H 2 Wassergas Shift C 2 H H 2 O 2 CO + 4 H 2 Reformierung Olefine nd Methanierung Methanation H 2 C 2 H 6 CO CO 2 -Abtrennung 2 -Separation N 2 FICFB Produktgase & Syngasr von Holzvergasung CO Relative Dichte d [-] Biomass Gasification 1. 1Methanierung st Methanation Grenzen G260 Grenze H-Gas SNG Gas cleaning & Gas conditioning for + C2H6 Methanation - conditioning the natural gas grid + CO2 S, Cl, dust, etc. CO + N2 2, (H 2 ) Bern, , Biogas-Workshop 10 + H2 CH4 rein SNG aus Biogas SNG aus Holz CO2-Abtrennung Ausgang 1.Stufe FICFB Andere Vergaser G20 G25 5

6 Vergasungstechnologie: Beispiel allotherme Vergasung Methan-reiche Vergasung entscheidend für hohen Gesamtwirkungsgrad. Die allotherme Vergasung ist vielversprechender Ansatz (DFB: Dual Fluidized Bed) Bern, , Biogas-Workshop 11 Ausgeführte FICFB Vergaser: Beispiel für DFB Vergasung 2 MW Brennstoff FICFB Vergaser von Burgeis ist Grundlage für Mont-la-Ville Studie Quelle: Dr. R. Rauch, TU Vienna, November Bern, , Biogas-Workshop 12 6

7 FICFB Vergasungsanlage für WKK, Beispiel REVOGAS Waste wood Bern, , Biogas-Workshop 13 Methanisierung Bern, , Biogas-Workshop 14 7

8 Leistungsbereich für Schlüsseltechnologien Vergasungstechnologien DFB BFB CFB EF Methanisierungstechnologien AMR TREMP, VESTA, etc. (Festbett) PSI-BFB (Wirbelschicht) Rectisol-Verfahren Gasaufbereitung Aminwäsche Membranen Eine Auswahl von Schlüsseltechnologien und jeweils erwarteter Leistungsbereich. Diese Technologien sind erforderlich für die Erzeugung von Biomethan aus Holz Biomass input [MW Fuel ] Vergasungstechnologien: DFB: Dual Fluidized Bed BFB: Bubbling Fluidized Bed CFB: Circulating Fluidized Bed EF: Entrained Flow Bern, , Biogas-Workshop 15 Blockfliessbild der GoBIGas I Anlage Vergleichsanlage: State-of-the-art: 2011, Scale-up Risiko für 30 MW th FICFB Demonstrationsanlage (Wirtschaftlichkeit muss verbessert werden) Bern, , Biogas-Workshop 16 8

9 Wirbelschicht-Methanisierung Hydrierung von Olefinen Keine Kohlenstoffablagerungen durch BTX- und Aromaten Gute Temperaturkontrolle, keine Hot Spots Roh-SNG: CH 4, C 2 H 6, H 2, Rest-CO & CO 2, NH 3 => Vereinfachung der Prozesskette Gereinigtes Holzgas: CO, CO 2,CH 4, C 2 H 4, H 2 Bern, , Biogas-Workshop 17 Vergleich der Methanisierungstechnologien Aspekt Wirbelschicht (PSI) Gekühltes Festbett (etogas) Biolog. Methanisierung (electrochaea, Microbenergy) Temperaturniveau Wärmerückgewinnung Komplexität Reaktor (Hochskalierung) Kosten der Unit Biogas (CO 2, CH 4 ) Holzvergasergas (CO 2, CO, C 2 H 4, CH 4 ) Technischer Reifegrad Demo- oder kommerzielle Anlage (TRL) Hüls (20 MW SNG ) Güssing (1 MW SNG ) Werlte (3 MW SNG ) P2G-BioCat, DK (0.5 MW SNG ) etogas IWES Bern, , Biogas-Workshop 18 9

10 Zusammenfassung der Knacknüsse & Fortschritte Bern, , Biogas-Workshop 19 Zusammenfassung der Knacknüsse & Fortschritte Dezentrale Anlagen im Leistungsbereich von 5 bis 10 MW th : Nach wie vor erwünscht, aber wirtschaftlich nicht verfügbar. Methan-reiche Vergasung: Grosse Fortschritte bei der Weiterentwicklung der DBF- Vergasungstechnologie. Mittelfristig werden Anlagen im Leistungsbereich von 2 bis 200 MW th verfügbar sein. Methanisierung: International eine Vielzahl von F&E Projekten zu unterschiedlichsten Methanisierungsverfahren durchgeführt & abgeschlossen. Am PSI wurden die wissenschaftliche Grundlagen erarbeitet für die Errichtung einer kommerziellen Anlage. Bern, , Biogas-Workshop 20 10

11 Ausblick Bern, , Biogas-Workshop 21 Ausblick Die Errichtung einer «Biomethan-aus-Holz»-Demonstrationsanlage im Leistungsbereich von 5 MW th ist der nächste entscheidende Schritt für die Umsetzung die Forschungsresultate in die Praxis. Erwartete Synergien zwischen «Biomethan-aus-Holz» und «Power-to-Gas» sollen im Rahmen der ESI* Plattform im Pilotmassstab dargestellt werden. * Energy System Integration, am Standort PSI Bern, , Biogas-Workshop 22 11