Holzgas Wärme, Strom, Gas und Treibstoffe aus Biomasse

Holzgas Wärme, Strom, Gas und Treibstoffe aus Biomasse Stefan Müller, Johannes Schmid, Hermann Hofbauer Energie.Versorgung,Sicherheit, Klimaaktiv-Veranstaltung Urania, Dachsaal, Uraniastraße 1, 1010 Wien, Kontakt: stefan.mueller@tuwien.ac.at

Ausgangssituation Energiepolitik: Sicheres & nachhaltiges Energiesystem Leistungsfähige Low-Carbon Technologien Derzeitige Situation: Hohe Preise für Biomasse Wirtschaftlicher Druck auf Anlagenbetreiber Ziel der Technologieentwicklung: Brennstoffflexibilität Produktflexibilität Gasqualität & Wirkungsgrad Waldhackgut Brennstoffproben TU WIEN 2/25

Forschungsfrage Welchen sinnvollen Beitrag kann die Gaserzeugungstechnologie der TU Wien vor dem Hintergrund der energiepolitischen Ziele in Österreich bzw. in Europa im Kontext des Übereinkommens von Paris leisten? Im konkreten bedeuten die Ziele folgende Maßnahmen [1] : Halbierung fossiler CO 2 -Emissionen alle 10 Jahre. Verdopplung kohlendioxidfreier Energiequellen alle 5 Jahre. Aktive Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre. [1] Rockström J. in: Science, Nr. 6331, 2017 3/25

Vision für Gaserzeugung & Gasnutzung RESSOURCEN Waldhackgut biogene Reststoffe Industrieabfall homogener Hausmüll Klärschlamm Technologische Herausforderungen für Vergasung & Gasreinigung Wärme Strom Wasserstoff Synthetisches PRODUKTE Erdgas Treibstoffe & Grundchemikalien 4/25

Strom, Gas & Treibstoffe aus Biomasse (Polygeneration) Gas cleaning H 2 & CO SYNTHESIS 5/25

Kommerzielle Produktion von Wärme, Strom 8 MWth in Güssing 8 MWth in Oberwart 15 MWth in Villach Source: Ortner Source: Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm 15 MWth Senden/Neu-Ulm, Deutschland 6/25

Biomassekraftwerk Oberwart 7/25

Biomassekraftwerk Oberwart product gas cooler 3 product gas filter product gas scrubber product gas compressor gas engine 1 gas engine 2 G G conveyor product gas cooler 1 and 2 dryer cyclone gasification zone combustion zone natural gas post combustion chamber flue gas cooler steam superheater scrubber basin air preheater 1 and 2 scrubber cooler district heating thermal oil preheater ORC process G flue gas filter stack drying air compressor screw conveyor ash recycle steam generator combustion air compressor ash container 8/25

Biomassekraftwerk Senden 9/25

Biomassekraftwerk Senden Source: SWU Ersatz von hochwertigem Waldhackgut 10/25

Prozess- und Technologieentwicklung concept idea cold flow model pilot plant demonstration plant commercial plant supported by process simulation first calculations, mass- & energy balances process development & data for basic engineering support of start-up procedures and plant optimization simulationmodels fuel analysis data experimental results plant parameters operationdata 11/25

Erhöhung der Brennstoffflexibilität 12/25

Weiterentwicklung des Gaserzeugers Senden Göteborg Source: SWU Güssing, Oberwart, Villach, Senden, GoBiGas Source: GoBiGas Testanlage TU Wien 13/25

Testanlage an der TU Wien 14/25

Forschung am Biomassekraftwerk Güssing Gasifier BioSNG PDU Technikum Fuelling Station 15/25

Erzeugung von synthetischem Erdgas Biomass 100 % Dryer DFB- Gasifier Gas 70 75 % Catalyst CH 4 60 64 % Heat Heat 16/25

Großtechnische Erzeugung von synthetischem Erdgas 32 MWth in Göteborg, Schweden Source: GoBiGas, Göteborg Energy 17/25

Synthetische Fischer-Tropsch Treibstoffe Wood Chips Cellulose Hemicellulose Lignin Gasification Raw Syngas H 2 /CO=1,5 Cleaning/ Conditioning Pure Syngas H 2 /CO= 2 FT- Synthesis Fossil Products (e.g. LGO, HGO, VGO) FT- wax FT- fuels Hydro- (Co)- Processing Purge Gas Wax Steam Hydrogen (pure/ recycled) 18/25

Synthetische Fischer-Tropsch Treibstoffe HOLZ SYNTHESE GAS KOHLENSTOFFKETTE FT-PRODUKT CH 2 2 CH 2 (C 6 H 10 O 5 ) n CO + H 2 -CH 2 - + H 2 O C n H 2n+2 Carbon (C) and hydrogen (H) bound in wood C- and H- building blocks Hydrocarbon monomer -CH 2 - Fischer-Tropsch hydrocarbons VERGASUNG SYNTHESE 19/25

Fischer-Tropsch Testanlage 20/25

Synthetische Fischer-Tropsch Treibstoffe 7 Gas Benzin Diesel Wachse 6 5 Mass-% 4 3 2 1 0 1 6 11 16 21 26 31 Number C-Atoms 21/25

Emissionsreduktion durch synthetische Treibstoffe Erzeugte Treibstoffe zeigten ein verbessertes Emissionsverhalten. Berechnungen lassen erwarten, dass 50 % der chemischen Energie des Ausgangsmaterial in FT-Produkt übergeführt werden kann. Die Produktion von synthetischen Treibstoffen aus Biomasse wurde erfolgreich demonstriert. 22/25

Preisentwicklung Energieträger 23/25

Ökonomische Betrachtung & erwartete Wirkungsgrade 50 EUR/MWh 20 EUR/MWh 10 EUR/MWh 1 EUR/MWh -10 EUR/MWh [1] Verbrennung η = 100% SNG-Synthese η = 65% Wasserstoff η = 60% FT-Synthese η = 50% Verstromung η = 35% 20 EUR/MWh 25 EUR/MWh 30 EUR/MWh 35 EUR/MWh 40 EUR/MWh 60 EUR/MWh 100 EUR/MWh 220 EUR/MWh [1] Grobe Darstellung der relevanten Zusammenhänge 24/25

Zusammenfassung & Ausblick Die entwickelte Technologie kann eine Schlüsseltechnologie bei der Erreichung der klimapolitischen Ziele darstellen. Erforderliche technologische Lösungen wurden bereits erarbeitet. Tragfähige wirtschaftliche Rahmenbedingungen sind erforderlich. Unter dem derzeitigen ökonomischen Rahmenbedingungen scheint eine zeitnahe Umsetzung aussichtslos. Biomasse ist zu teuer. Der Marktpreis möglicher Endprodukte zu billig. Die bestehende Infrastruktur ist aus Versorgung mit fossilen Energieträgern ausgerichtet. Dies stellt einen massiven Wettbewerbsnachteil für fortschrittliche Biomassenutzung dar. Eine von renommierten Forschern schon seit Jahrzehnten geforderte Ökologisierung des Steuersystems ist erforderlich. 25/25

Kontaktdaten Contact: Head of modelling & process simulation within the project group GASIFICATION AND GAS CLEANING Dipl.-Ing. Dr. Stefan MÜLLER Email: stefan.mueller@tuwien.ac.at Web: http://www.vt.tuwien.ac.at Phone: +43 1 58801 166366 Contact: Head of the project group GASIFICATION AND GAS CLEANING within the research group of Prof. Hofbauer Univ.Ass. Dipl.-Ing.(FH) Dr. Johannes SCHMID Email: johannes.schmid@tuwien.ac.at Web: http://www.vt.tuwien.ac.at Phone: +43 1 58801 166385 Contact: Head of the research group FUTURE ENERGY TECHNOLOGY Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr. Hermann HOFBAUER Email: hermann.hofbauer@tuwien.ac.at Web: http://www.vt.tuwien.ac.at Phone: +43 1 58801 166300

Holzgas Wärme, Strom, Gas und Treibstoffe aus Biomasse Stefan Müller, Johannes Schmid, Hermann Hofbauer Energie.Versorgung,Sicherheit, Klimaaktiv-Veranstaltung Urania, Dachsaal, Uraniastraße 1, 1010 Wien, Kontakt: stefan.mueller@tuwien.ac.at