Integration von Braunkohle in die chemische Industrie aufbauend auf Resultaten einer stofflichen Nutzung von Biomasse mit dem TCR -Verfahren

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1 Integration von Braunkohle in die chemische Industrie aufbauend auf Resultaten einer stofflichen Nutzung von Biomasse mit dem TCR -Verfahren CO 2 -arme stoffliche Nutzung der Braunkohle in Deutschland eine Perspektive mit Zukunft! Freiberg, 11. März 2015 Prof. Dr. Andreas Hornung Folie 1

2 Daten und Fakten zu Fraunhofer UMSICHT Gesamtleitung: Prof. Dr.-Ing. Eckhard Weidner Leitung Institutsteil Sulzbach-Rosenberg: Prof. Dr. rer. nat. Andreas Hornung Gründung 1990 Gesamthaushalt ,2 Mio. Mitarbeiter/innen Spin-Offs (308 Stammpersonal) Institutsteil in Sulzbach-Rosenberg seit dem Standort Oberhausen Standort Sulzbach-Rosenberg Folie 2

3 Fraunhofer UMSICHT Wachstum für die Energiewende Motor für die Oberpfalz 65 festangestellte Mitarbeiter ca. 70 % wissenschaftlich 30 % administrativ Internationalität: Italien, Österreich, Frankreich, England, Spanien, Indien Ausbildungsbetrieb Derzeit knapp 50 Studierende (Praktikum, Abschlussarbeiten, etc.) Erträge 2013: 5,7 Mio. Aktuell keine Grundfinanzierung Enge Kooperation mit der OTH Amberg-Weiden und Regensburg Zahlreiche Projekte mit Partnern in der Region Folie 3

4 Fraunhofer UMSICHT; MEV Centrum für Energiespeicherung Struktur Projektpartner Förderung Sulzbach-Rosenberg / Oberhausen Straubing / Stuttgart 20 Mio. Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie Systemanalyse Chemische Speicher Katalyse und Prozess Chemische Speicher Verfahren/Technische Umsetzung Wärmespeicher Folie 4

5 Centrum für Energiespeicherung Themenschwerpunkte Systemanalyse Energie Rohstoffe Speicherbedarf Chemische Speicher Thermochemische Konversion Umwandlung von H 2 und CO 2 Synthese kurz- und längerkettiger Alkane oder Alkohole Thermische Speicher Latent- und thermochemische Speicher Komponenten von Druckluftspeichern Folie 5

6 Die Biobatterie Folie 6

7 Die Biobatterie Nutzung Überschusstrom Stoffliche & energetische Produkte Flexibler Technologiepool Nutzung von Reststoffströmen Intelligente Speicherintegration Folie 7

8 Fraunhofer UMSICHT; MEV Die Biobatterie Pool an Technologieelementen Biogasanlagen TCR Vergasung Wärme- & Kältespeicher Druckluftspeicher Mobile Wärmespeicher Folie 8

9 Fraunhofer UMSICHT; MEV Die Biobatterie Thermo-katalytisches Reforming TCR Biogas Gärreste Synthesegas Chem. Industrie BHKW* *Beimischung des Öls mit Biodiesel Industrielle Bioabfälle Öl Wärme / Strom Landwirtschaftliche Rückstände Thermo-katalytisches Reforming (TCR ) Kraftstoff Abh. vom Einsatzstoff Klärschlämme Bodenverbesserer Kommunale Bioabfälle Keine nicht verwertbaren Reststoffe Kohle Verbrennung Folie 9

10 Thermo-katalytisches Reforming TCR Stoffflüsse 1,5 Teile Wasserphase 3 Teile Gas/Öl 9 Teile Biomasse TCR 4,5 Teile Biokohle Strom Folie 10

11 Fraunhofer UMSICHT; MEV Thermo-katalytisches Reforming TCR Biomassereststoffe Biomassereststoff 1. Thermische Trocknung 2. Karbonisierung Synthesegas 3. Katalytisches Reforming Bioöl & Wasser Biokohle 4. Produktaufbereitung Folie 11

12 Thermo-katalytisches Reforming TCR Vielfalt an validierten Einsatzstoffen Papierschlamm Holzhackschnitzel Kaffeerückstände Klärschlamm Strohpellets Gärrest Folie 12

13 Thermo-katalytisches Reforming TCR Verarbeitung von Biogasgärresten* 2 MW Biogasanlage Prozesswasser (570 tpa) Öl* (151 tpa, 190 kwth) Wärme Genutzt zur Trocknung Syngas (880 tpa, 400 kwth) Strom (180 kw eff.) Gärrest, 30 % TS (6400 tpa) Gärrest, 85 % TS (2250 tpa, 1220 kwth) Biokohle** (ca. 340 tpa, 290 kwth) * Extrapolation auf Basis von Testdaten ** Öl und el. Leistung exkl. beigemischtem Biodiesel *** Kohleausbeute abh. von Prozesswärmekonzept Folie 13

14 Thermo-katalytisches Reforming TCR Entwicklungsstand Durchsatz: 2 kg pro Stunde Beheizung: Elektrisch Design: Kompakt (experimenteller Maßstab) Durchsatz: 30 kg pro Stunde Beheizung: Elektrisch Design: Pilot (Demonstrationsmaßstab) Durchsatz: 300 kg pro Stunde Beheizung: Thermisch (biogen) Design: Industrieller Maßstab Folie 14

15 Thermo-katalytisches Reforming TCR Produktfraktionen Synthesegas mit hohem Wasserstoffanteil Nahezu frei von Teeren, Staub und Aromaten Einsatz in einem BHKW ohne Gasaufbereitung Öl mit hoher Qualität Keine Teerproblematik Mit Kraftstoffen mischbar Keine Schwersiedefraktionen Kohle für eine Vielzahl von Anwendungen Transport- und lagerfähig Hohe Bodenstabilität Hoher Heizwert Folie 15

16 Synthesegas Eigenschaften & Produktspezifikationen H Vol. % Synthesegas mit hohem Wasserstoffanteil Heizwert: 11 MJ/m 3 CO Vol. % CO Vol. % CH Vol. % C x H y 2 Vol. % N Vol. % Folie 16

17 Fraunhofer UMSICHT; MEV Synthesegas Verwendung Chemische Industrie Wasserstoff Thermische Nutzung BHKW Folie 17

18 Thermo-katalytisches Reforming TCR Birmingham Belt Concept Folie 18

19 Thermo-katalytisches Reforming TCR Alleinstellungsmerkmale Andere Verfahren TCR -Technologie Beschränkt geeignet für Biomassereststoffe Große Bandbreite an Einsatzstoffen Abhängig von einzelnen Produkten Flexible Produktverwertung Aufwendige Produktaufbereitung Geringe Energieeffizienz Hohe Produktqualität mit geringem Aufwand Stellt über 75 % der Einsatzstoffenergie zur Nutzung bereit Großes Entwicklungspotenzial Folie 19

20 RWE Thermo-katalytisches Reforming Baustein für eine stoffliche Nutzung der Braunkohle in Deutschland? Folie 20

21 Neuer Ansatz zur Braunkohlekonversion Braunkohlekonversion Erste vielversprechende Versuche mit Rheinischer Braunkohle Folie 21

22 Braunkohlekonversion Erste Ergebnisse Synthesegas mit hohem Wasserstoff-Anteil Öle mit hochwertigen Eigenschaften Kokse mit sehr hohem Kohlenstoff-Anteil Folie 22

23 Braunkohlekonversion Erwartete Stoffflüsse 10 Teile Braunkohle 2 Teile Wasserphase 4 Teile Gas/Öl 4 Teile Koks Strom Folie 23

24 Braunkohlekonversion Erwartete Heizenergie Energiebilanz 18 % Gas Braunkohle 84 % Öl 3 % Kohle 51 % Heizenergie 16 % Energieverlust 28 % Folie 24

25 Zusammenfassung Braunkohlekonversion Keine komplexe Braunkohleaufbereitung notwendig Keine erhöhten Drücke erforderlich Keine erhöhte Prozesstemperatur erforderlich (< 1000 C) Kontinuierliche Betriebsweise Durch die hochwertige und vielseitige Produktpalette ist die Integration der Braunkohle in die chemische Industrie möglich. Folie 25

26 Zusammenfassung Braunkohlekonversion Keine komplexe Braunkohleaufbereitung notwendig Keine erhöhten Drücke erforderlich Keine erhöhte Prozesstemperatur erforderlich (< 1000 C) Kontinuierliche Betriebsweise Durch die hochwertige und vielseitige Produktpalette ist die Integration der Braunkohle in die chemische Industrie möglich. Folie 26

27 Kontakt: Fraunhofer UMSICHT Institute Sulzbach-Rosenberg An der Maxhütte Sulzbach-Rosenberg info-suro@umsicht.fraunhofer.de Internet: Professor Dr. Andreas Hornung Telefon: andreas.hornung@umsicht.fraunhofer.de Folie 27