DAS "RÜCKWÄRTS-KRAFTWERK" - IWK Integrierte Wärme Kraft AG
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AQUA & GAS N o 1 | 2020 FACHBERICHT | 47
DAS «RÜCK WÄRTS-KR AFT WERK»
Das österreichische Unternehmen SYNCRAFT® plant und installiert schlüsselfertige Holzkraft-
werke in der Bandbreite von 200 bis 500 kW elektrischer Leistung, mit denen der nachwachsende
Rohstoff Holz, respektive Waldhackgut, effizient und emissionsfrei in Wärme und Strom umge-
wandelt wird. Möglich macht die CO2-freie Energiegewinnung die vom Unternehmen patentierte
Schwebefestbett-Technologie. Damit wird ein Brennstoffnutzungsgrad von bis zu 92% erreicht. Als
Zusatzprodukt entsteht nicht Asche, sondern hochwertige Holzkohle, die als Tierfutterergänzung,
Bodendünger oder zur Geruchsneutralisation in der 4. Reinigungsstufe bei ARA genutzt wird.
Silvia Obholzer; Stefan Schaffner*, IWK
Um dem Klimawandel entgegenzuwirken, reicht die Null-Emis-
sion nicht mehr aus. Gemäss dem Pariser Klimaschutzabkom-
men müsste das bereits freigesetzte CO2 aus der Atmosphäre
geholt werden. Mit anderen Worten: Es müssen mehr Treib-
hausgase gebunden als emittiert werden. Die klimapositiven
Kraftwerke von SYNCRAFT® arbeiten bereits mit einem Verfah-
ren, das genau dies macht: Anstatt die Umwelt weiter zu belas-
ten, bleibt Kohlendioxid im Kreislauf und wird positiv verwertet.
Daher auch der Begriff «Rückwärts-Kraftwerk», da CO2, das sich
bereits in der Atmosphäre befindet, wieder sequestriert wird.
HOLZKOHLE ALS ERTRAGREICHER KOHLENSTOFFSPEICHER
Die fossilen Brennstoffe Öl und Gas sind nicht erneuerbar und
setzen bei der Verbrennung jede Menge Kohlendioxid frei.Glei-
ches gilt für Kohlekraftwerke: Um eine negative Emissionsbi-
lanz zu erhalten, muss das Kohlendioxid in den Boden gepumpt
werden. Dies kostet nicht nur zusätzliche Energie, sondern hat
auch keinen Zusatznutzen, zudem ist das Vorgehen unsicher.
Holz als nachwachsender Rohstoff ist daher eine gute Alterna-
tive. Auch im Holz befindet sich CO2 aus der Luft, dieses bleibt
Modell des Holzkohlekraftwerks
jedoch bei den Holzkraftwerken von SYNCRAFT® zum Teil in
der Holzkohle gespeichert und wird somit nicht freigesetzt.
RÉSUMÉ Die dadurch gesicherte emissionsfreie Energiegewinnung ist
nur dank der vom Unternehmen patentierten Schwebefestbett-
CENTRALES À BOIS POSITIVES POUR LE CLIMAT Technologie möglich. Dadurch entfällt die Problematik «Wohin
L’entreprise autrichienne SYNCRAFT® planifie et installe des mit dem im Rohstoff gespeicherten CO2?».
centrales à bois clés en main dans une fourchette de 200 à 500 Die Herstellung der hochwertigen Holzkohle passiert nebenher
kW de puissance électrique, qui convertit en chaleur et en élec- und mindert die Strom- und Wärmebereitstellung nicht. Diese
tricité la matière première renouvelable qu’est le bois, à savoir ist nichts anderes als aus der Atmosphäre abgezogener Kohlen-
les déchets forestiers, de manière efficace et sans émission. stoff. Dadurch entsteht ein rentabler und umweltfreundlicher
Cette production d’énergie sans émissions est rendue possible Kreislauf, denn die Kohle kann positiv verwertet werden: etwa
par la technologie de lit fixe flottant brevetée par l’entreprise als Futterzusatz oder als Bodendünger. Das führt nicht nur zu
qui permet d’atteindre un taux d’exploitation du combustible einem Mehrertrag, Letzteres vermindert gar den Einsatz von
de jusqu’à 92%. Le produit secondaire qu’on obtient n’est pas Düngemitteln. Konventionelle Holzkraftwerke hingegen erzeu-
de la cendre, mais un charbon de bois de grande qualité qui gen keine Holzkohle, sondern Asche – ein Abfallprodukt.
est utilisé comme complément alimentaire pour le bétail ou
comme engrais. L’entreprise est représentée en Suisse par la * Kontakt: Stefan.Schaffner@iwk.ch; www.iwk.ch
société IWK. IWK Integrierte Wärme und Kraft AG propose des
solutions énergétiques durables et complètes en matière de
couplage chaleur-force (CCF) avec des moteurs à gaz.
48 | WÄRMEVERSORGUNG AQUA & GAS N o 1 | 2020
NEGATIVE EMISSIONSTECHNOLOGIE
Das Unternehmen SYNCRAFT® baut hoch- selbst ist zumeist nicht Teil des Lieferum- bildet im Reduktionsreaktor ein stabiles,
effiziente Holzkraftwerke mit einer selbst fangs, kann im Bedarfsfall jedoch zusätz- in Schwebe gehaltenes Festbett. Dieses
entwickelten Schwebefestbett-Technolo- lich mit angeboten werden. Festbett wird durch das durch die Oxida-
gie. Während bei klassischen Festbett- tion erhitzte Gas durchströmt. Während
reaktoren die Schwerkraft als auch die Pyrolyse dem Durchströmen kühlt das Produktgas
Gasströmung nach unten wirken und In der Pyrolyse wird ein Teil der getrock- bedingt durch endotherme Vergasungsre-
somit eine zunehmende Verdichtung des neten Biomasse durch Zugabe von Luft aktionen auf circa 750 °C ab und tritt an
Reaktorinhalts verursachen, wirken beim verbrannt (Schwelbrand bei rund 500 °C). der Oberseite des Reaktors aus.
Schwebefestbettreaktor diese beiden Durch die hohen Temperaturen wird die
Kräfte entgegengesetzt. Dadurch bleibt eingebrachte Biomasse in ihre festen und Filter
die Holzkohleschüttung im Vergaser stets gasförmigen Bestandteile zerlegt. Das Im Gasfilter wird das heisse Produktgas
ideal gelockert und gut durchlässig, egal während der Pyrolyse erzeugte Gas weist von Staub befreit. Diese sogenannte Bio-
wie fein oder strukturiert das Hackgut einen noch hohen Anteil an Teeren auf. kohle wird aus dem Filter ausgetragen,
vorher war. Durch die Art und Weise der Sämtliche festen und gasförmigen Zwi- befeuchtet und bei Bedarf auch gleich
Vergasung im Schwebefestbett-Reaktor schenprodukte aus der Pyrolyse werden in BigBags vertriebsfertig abgefüllt. Die
entsteht nahezu kein Teer. Dadurch muss anschliessend in den Vergasungsreaktor Reinigung des Produktgases erfolgt nach
das Holzkraftwerk deutlich seltener ge- gefördert. dem Prinzip der Oberflächenfiltration.
wartet werden als herkömmliche Holz- Dabei wird eine Staubschicht auf kerami-
vergasungsanlagen. Fremdkörper und Oxidation schen Filterelementen aufgebaut, welche
Verschlackungen sind durch den aufwärts Die Oxidation der Pyrolyseprodukte fin- periodisch mit einem Impuls aus Stickstoff
gerichteten Betrieb mühelos am Fusse det am Eingang in den Reduktionsreaktor abgereinigt wird.
des Schwebefestbett-Reaktors abzieh- statt. In der Oxidationszone werden die
bar. Holzkraftwerke sind emissionsarm Bestandteile aus der Pyrolyse durch eine Kühler
und statt Asche fällt das Nebenprodukt weitere Zugabe von Luft teilweise ver- Im zweistufigen Produktgaskühler erfolgt
Holz- bzw. Biokohle (bioenergy with car- brannt. Durch die so entstehenden hohen eine Abkühlung des Produktgases von 750
bon capture and storage) an und das anfal- Temperaturen von bis zu 900 °C wird na- auf rund 100 °C. Die aus der Gaskühlung
lende Kondensat kann in die Kanalisation hezu der gesamte Teeranteil aus der Py- gewonnene Wärmeenergie wird dem Wär-
eingeleitet werden. rolyse aufgespalten respektive thermisch menetz zugeführt.
gecrackt. Somit findet ein wesentlicher
Tr o c k n u n g Teil der Gasreinigung bereits in der Oxi- Wäscher
Bei der Trocknung wird die Biomasse auf dationszone statt. Im Gaswäscher erfolgt die Abkühlung des
den für den Vergasungsprozess nötigen Produktgases auf eine für den Gasmo-
Wassergehalt von unter 15% getrocknet. Reduk tion tor erforderliche Temperatur von 25 bis
Die benötigte Energie wird aus der Küh- In der Reduktionszone erfolgt die eigent- 30 °C. Durch die Abkühlung anfallendes
lung des Produktgases bzw. aus dem liche Vergasung der Biomasse. Der feste Kondensat, das zugleich als Waschmedi-
Fernwärmenetz entnommen. Der Trockner Kohlenstoff aus dem Pyrolyseprozess um dient, kann ohne weitere Behandlung
in das Kanalnetz eingeleitet werden.
Durch den Einsatz von Wasser bzw. Kon-
densat als Waschmedium wird ein hoher
Anteil des im Produktgas befindlichen Am-
moniaks abgeschieden.
Die Kühlung des Wasserkreislaufes erfolgt
über einen mit Kühlwasser gespeisten
Plattenwärmetauscher.
Gasmotor
Die Stromerzeugung findet in einem
Blockheizkraftwerk (BHKW) durch einen
hocheffizienten, turboaufgeladenen Gas-
Ottomotor statt. Der erzeugte Strom wird
in das elektrische Netz eingespeist. Die
entstandene Wärme wird in das Wär-
menetz eingespeist. Beim Anfahren der
Gaserzeugung sowie bei Betrieb ohne
BHKW wird das erzeugte Produktgas über
Verfahrensschema eine Gasfackel verbrannt.
AQUA & GAS N o 1 | 2020 WÄRMEVERSORGUNG | 49 92% BRENNSTOFFNUTZUNGSGRAD Das direkt vom Wald geholte Waldhack- gut wird mit Abwärme aus dem Ver- arbeitungsprozess zuerst getrocknet. Eventuelle Fremdkörper wie Steine oder Metallteile werden am Fusse des Schwe- befestbett-Reaktors abgezogen. Thermo- chemisch wird das getrocknete Hackgut in einen gasförmigen Brennstoff überge- führt und schlussendlich in einem Motor mit Generator in Strom und Wärme trans- formiert. Aus 1 kW Brennstoff stellt das Holzkraftwerk annähernd 0,3 kW Strom und 0,6 kW Wärme zur Verfügung. Der Brennstoffnutzungsgrad liegt somit bei 92 Prozent. MEHR ALS EIN HOLZKRAFTWERK Ursprünglich sollte das erste Holzkraft- werk-Modell hauptsächlich der Strom- und Wärmebereitstellung dienen. Den Wert der Holzkohle, die als Nebenprodukt anfällt, wurde erst später erkannt. Nachdem eine wissenschaftliche Studie Energiehof Ilg in Dornbirn, Österreich 2017 das Potenzial der Holzkohle beleg- te, wurde die Produktentwicklung in- INTERNATIONALE PROJEKTE FAZIT tensiviert und die Holzkohlegewinnung Da der Klimawandel nicht nur Österreich Dass die Holzkraftwerke von SYNCRAFT® weiter ausgebaut. Durch die Zusammen- betrifft und unbrauchbares Restholz im gleichzeitig nachhaltige erneuerbare arbeit mit dem MCI Management Center Grunde überall zu finden ist, ragt der Be- Energie bereitstellen und CO2 durch die Innsbruck wurde ein Kooperationsprojekt darf an emissionsfreien Holzkraftwerken sinnvolle Verwertung des hochwertigen mit dem Land Tirol gestartet und der wis- über die Staatsgrenze hinaus. Es wurden Nebenprodukts Holzkohle speichern, senschaftliche Partner Bioenergy 2020+ bereits drei Holzkraftwerke in Italien macht sie besonders: Sie schliessen den involviert. fertiggestellt und sechs weitere befinden Kreis, ohne dabei klimaschädliche Gase Mittlerweile bietet SYNCRAFT® vier ver- sich in Deutschland, Kroatien und Japan an die Umwelt abzugeben. So werden pro schiedene Holzkraftwerk-Modelle an, die im Bau. Der bisher grösste Exporterfolg bereitgestellter Kilowattstunde gut 36 jeweils an die individuellen Bedürfnisse für das innovative Tiroler Unterneh- Gramm CO2 gespeichert, ergaben Analy- des Kunden angepasst werden. Um si- men ist der Bau einer Vierfach-Anlage sen der Fachhochschule Vorarlberg. cherzustellen, dass die Anlage ordnungs- in Shingu City, Japan. Nach Fertigstel- Das Energiewerk Ilg in Dornbirn versorgt gemäss vor Ort installiert wird, kümmert lung wird die Anlage 3900 Haushalte beispielsweise mit dem Modell CW700- sich das Ingenieurteam der Tiroler Firma mit Strom versorgen. Während die ja- 200+ ganzjährig 160 Objekte mit Wäme um die Gesamtplanung der Anlage, den panische Zeder herkömmliche Biomas- und speichert dabei annähernd 600 Ton- Aufbau und die laufende Wartung. sekraftwerke an ihre Grenzen bringt, nen Kohlendioxid pro Jahr. Das Beispiel- Je nach regionaler Anforderung wird hat die SYNCRAFT® -Technik ihren Vor- zeigt, dass auch schon ein einziges Holz- ein individuelles Wärmenutzungskon- sprung in Sachen Brennstoffflexibilität kraftwerk einen grossen Beitrag leisten zept für jeden Standort entwickelt. Auf und Nutzungsgrad unter Beweis gestellt. kann. Kundenwunsch wird auch ein Trock- nungskonzept erarbeitet. Somit wird SCHWEIZER PARTNER VOR ORT gewährleistet, dass jedes Holzkraftwerk In der Schweiz wird das österreichische mit dem regional anfallenden Brennstoff Unternehmen von der Firma IWK Integ- ENERGIEWERK ILG hocheffizient arbeitet und der höchstmög- rierte Wärme und Kraft AG vertreten. Sie liche Nutzungsgrad erzielt wird. bietet komplette, nachhaltige Energielö- Ke n n dat e n Planung, Bau und Montage erfolgen unter sungen im Bereich der Wärme-Kraft- Baujahr2014 Aufsicht der Tiroler Techniker. Auch bei Kopplung (WKK) mit Gasmotoren. Die Leistung (kWel)260 Inbetriebnahme und zur Optimierung gemeinsame Erzeugung von Wärme und Einsparung (g CO2/kWh)*36 der Leistung wird dem Kraftwerksbetrei- Strom mittels WKK ist eine wertvolle Wirkungsgrad elek. (%)* 29,3 ber zur Seite gestanden. Dank moderns- Stütze, um den Eigenversorgungsgrad ter Technik laufen die Holzkraftwerke und die Versorgungssicherheit trotz Aus- *Quelle: Käppler (2016) vollautomatisch. stieg aus der Atomenergie zu garantieren.
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