Ideen zukunft mit - BEST - Bioenergy and Sustainable Technologies ...
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K1-Zentrum im Rahmen des COMET Programms
Graz + Güssing + Wieselburg + Pinkafeld + Tulln
ideen mit
zukunft
Version 2017
gefördert durch Impressum Für den Inhalt verantwortlich: BIOENERGY 2020+ GmbH, Inffeldgasse 21b, 8010 Graz, www.bioenergy2020.eu, Tel: +43(316) 873-9201, office@bioenergy2020.eu Bilder: BIOENERGY 2020+, Anton Badinger, Wolfgang Bledl, Andi Bruckner, Herwig Peuger, Peter Rigaud Grafische Gestaltung und Produktion: badinger.cc
Ideen mit Zukunft Graz · Güssing · Wieselburg · Pinkafeld · Tulln · 2017
IHR F&E-Partner für Was kann BIOENERGY 2020+ für Sie tun?
> Alternative biogene Brennstoffe und Substrate > Kooperative Forschung
> Aufbereitung von Reststoffen > Auftragsforschung
> Brennstoff-, Substrat- und Asche-Charakterisierung > Beratung und Dienstleistung
> Emissionsarme und effiziente Biomassefeuerungen + Nicht-standardisierte Analytik-Aufgaben
> Klein- und Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungssysteme
+ Analytische und experimentelle Bewertung von
> Mikronetze biogenen Reststoffen
> Thermische Vergasung von Biomasse
+ Markt und Preisanalysen
> Polygeneration
+ Technologiebewertung
> Synthetische Biotreibstoffe
+ Funktionstests und Bewertung von Einzelkomponenten
> Biogas und Biokonversion
> Algenbioraffinerien + Studien und Expertisen
> Automatisierung und Regelung thermischer Prozesse > Zielgruppenspezifische Schulungen und Vorträge
> Modellierung und Simulation thermochemischer Prozesse > Nationale und internationale Vernetzungsaktivitäten
> CFD-unterstützte Technologieentwicklung
> Maßgeschneiderte Softwareentwicklung
> Verfahrenstechnische Spezialbereiche
> Nachhaltige Versorgungs- und Wertschöpfungsketten
www.bioenergy2020.eu
Inhalt
4 Adressen und Ansprechpartner_innen
5 Hauptsache Biomasse!
6 Das Zentrum im Überblick
7 Gremien von BIOENERGY 2020+
8 AREA 1 Biomasseverbrennungssysteme
12 AREA 2 Biomassevergasungssysteme
16 AREA 3 Biokonversion und Biogassysteme
18 SUBAREA 4.1 Nachhaltige Versorgungs- und Wertschöpfungsketten
20 SUBAREA 4.2 Regelungs- und Automatisierungstechnik
22 SUBAREA 4.3 Modellierung und Simulation
24 Arbeitsgruppe „Daten, Analytik und Messtechnik“
25 Das technische Equipment von BIOENERGY 2020+
28 BIOENERGY 2020+ in der Internationalen Energieagentur
29 Forschung und Lehre
30 Innovation braucht starke Partner
32 Kooperationen mit BIOENERGY 2020+
34 Mensch und Forschung
36 Die Förderstellen der Bundesländer
38 Die Mitarbeiter_innen von BIOENERGY 2020+
39 Verein der Wirtschaftspartner im K1-Zentrum BIOENERGY 2020+
40 Statements von Firmenpartnern
bioenergy2020+ ideen mit zukunft 3
Service
BIOENERGY 2020+
Adressen und Ansprechpartner_innen
Firmensitz Forschungsstätten
Graz Pinkafeld
Inffeldgasse 21b Steinamangerstraße 21
A-8010 Graz A-7423 Pinkafeld
E-Mail: office@bioenergy2020.eu E-Mail: office-pinkafeld@bioenergy2020.eu
Tel: +43 (316) 873-9201 Tel: + 43 (3357) 45370-1070
DI Dr. Walter Haslinger, Ing. Mag. Dr. Roman Schmid DI Dr. Christian Wartha
Standorte Tulln
Konrad Lorenz-Straße 20
Güssing A-3430 Tulln
Wienerstraße 49 E-Mail: office-tulln@bioenergy2020.eu
A-7540 Güssing Tel: +43 (1) 47654-97467
E-Mail: office-guessing@bioenergy2020.eu DI Dr. Bernhard Drosg
Tel: +43 (3322) 42606-100
DI Dr. Matthias KUBA, DI Gerald WEBER
Wieselburg
Gewerbepark Haag 3
A-3250 Wieselburg
E-Mail: office-wieselburg@bioenergy2020.eu
Tel: +43 (7416) 52238-12
DIin Dina Bacovsky
4 bioenergy2020+ ideen mit zukunft
Hauptsache Biomasse!
Energie ist seit Jahrzehnten eines der wichtigsten Themen unserer Gesell- Neben unserer Kernaufgabe, industriegetriebene Forschung auf international
schaft. Der Nutzung erneuerbarer Energieträger, der Schonung natürlicher konkurrenzfähigem Niveau zu betreiben, bilden wir auch junge Forscherin-
Ressourcen und der Reduktion von Treibhausgasen kommt dabei eine nen und Forscher aus und bereiten sie auf Karrieren sowohl in der universi-
wesentliche Bedeutung zu. BIOENERGY 2020+ stellt sich diesen zentra- tären als auch in der industriellen Forschung vor. Wir ermöglichen es deshalb
len Herausforderungen unserer Zeit. Aufbauend auf das Vorwissen unserer jedes Jahr einer beträchtlichen Zahl von Studierenden, ihre akademischen
Eigentümerinstitutionen und den Arbeiten unserer Vorgängerorganisationen, Abschlussarbeiten (Bachelor, Master und Doktorate) im Rahmen von Pro-
RENET Austria und Austrian Bioenergy Centre GmbH, beschäftigen wir uns jekten von BIOENERGY 2020+ zu erstellen. Diese kontinuierliche Pflege des DI Dr. Walter HASLINGER
seit über 15 Jahren mit der Neuentwicklung, der Weiterentwicklung und der wissenschaftlichen Nachwuchses garantiert uns, unseren wissenschaftlichen Geschäftsführer
Optimierung von Verfahren und Technologien zur Bereitstellung von Wärme, Output, gemessen an der Zahl an begutachteten Publikationen, dauerhaft auf
Strom und Treibstoffen aus Biomasse. In diesem Zeitraum haben wir unsere einem beachtlichen Niveau zu halten.
Forschungsaktivitäten laufend an die wissenschaftlichen Trends und den in- Mit 90 Mitarbeiter_innen und über 100 industriellen und wissenschaftlichen
dustriellen Bedarf angepasst. In der jüngeren Vergangenheit widmeten wir uns Kooperationspartnern ist es uns gelungen, kritische Massen zu schaffen und
deshalb auch verstärkt Fragen der nichtenergetischen Nutzung von Biomasse. uns als eine der weltweit führenden Forschungseinrichtungen in unseren
Die vorliegende Broschüre gibt einen groben Überblick, welche Schwerpunkte Kompetenzbereichen zu etablieren. Wir sind bemüht, unsere große Zahl an
von BIOENERGY 2020+ dabei gesetzt werden und in welchen Forschungsbe- Partnern auch dafür zu benutzen, um den Wissenstransfer zwischen Wissen-
reichen wir unsere Partner mit unserer Expertise unterstützen können. schaft und Industrie einerseits und die Vernetzung zwischen den relevanten Ing. Mag. Dr. Roman Schmid
Geschäftsführer
Als Kompetenzzentrum vereint BIOENERGY 2020+ die Vorteile universitärer Akteuren in verschiedenen Technologiefeldern andererseits anzutreiben. Die
Grundlagenforschung mit in jahrelanger Projektarbeit erworbenem anwen- COMET Förderung, auf die wir bei erfolgreicher Zwischenevaluierung noch bis
dungsorientierten technologischen Wissen. Die für die Beantragung und 2023 zugreifen können, ist dafür ein wichtiges Asset, das wir insbesondere für
Abwicklung von Forschungs-, Entwicklungs- und Demonstrationsprojekten die Bearbeitung mittel- bis langfristig orientierter und strategischer Forschung
erforderliche Expertise in regionalen, nationalen und internationalen Förder- nutzen.
programmen ist ein kritischer Faktor und wird sowohl durch permanenten
Kontakt zu Förderstellen als auch über laufende Schulungen unserer Mitar- Wir hoffen, Ihr Interesse am Inhalt dieser Broschüre geweckt zu haben!
beiter_innen auf dem aktuellsten Stand gehalten.
bioenergy2020+ ideen mit zukunft 5
Zahlen & Fakten
Das Zentrum im Überblick
BIOENERGY 2020+ ist ein K1-Kompetenzzentrum des COMET Programmes, das die BIOENERGY 2020+ ist überwiegend im öffentlichen Eigentum: (siehe Grafik) Dies
vorwettbewerbliche industriebezogene Forschung im Bereich Bioenergie vorantreibt. erlaubt einen äquidistanten und glaubwürdigen Zugang zu Industriepartnern.
Unternehmenszweck ist die Forschung, Entwicklung und Demonstration im Sektor der
energetischen Nutzung von Biomasse.
Die Forschungsschwerpunkte des Zentrums umfassen alle wesentlichen Technologien
zur effizienten und umweltschonenden Bereitstellung von Brennstoffen, Wärme, Strom
und Treibstoffen aus Biomasse. Darüber hinaus erforscht das Zentrum auch die 10,0 % 19,0 % Verein der Wirtschaftspartner
19,0 %
Möglichkeiten der industriellen, nicht-energetischen Nutzung von Biomasse, z. B. die im K1-Zentrum BIOENERGY 2020+
13,5 %
Herstellung von Grundstoffen für die chemische Industrie. 17,0 % Technische Universität Graz
BIOENERGY 2020+ ist in vier Areas organisiert. Drei bilden die technologischen 13,5 % Technische Universität Wien
Kompetenzbereiche ab. Diese sind: 17,0 % 13,5 % Universität für Bodenkultur Wien
13,5 %
13,5 % Fachhochschulstudiengänge Burgenland GmbH
> Biomasseverbrennungssysteme
13,5 %
13,5 % Republik Österreich, FJ/BLT Wieselburg
> Biomassevergasungssysteme und nachgeschaltete Synthesen 13,5 %
10,0 % Joanneum Research ForschungsgmbH
> Biokonversion und Biogassysteme
In einer vierten Querschnitts- und Vernetzungs-Area beschäftigt sich das Zentrum mit:
Geschichte:
> Nachhaltigen Versorgungs- und Wertschöpfungsketten Das Unternehmen wurde im Jahr 2003 als „Austrian Bioenergy Centre GmbH“ im
> Regelungs- und Automatisierungstechnik Rahmen des Kplus-Förderprogramms gegründet. Im Jahr 2008 kam es zur Fusion mit
> CFD-Modellierung im Bereich der energetischen Biomassenutzung RENET Austria, dem Schwester-Kompetenznetzwerk. Anlässlich der Genehmigung als
K1-Zentrum im COMET Programm wurde der Firmenname auf BIOENERGY 2020+
GmbH geändert. Nach erfolgreicher Einreichung im Rahmen der 3. Ausschreibung für
K1-Zentren startete das Zentrum im April 2015 in eine weitere COMET Förderperiode
von 4+4 Jahren.
6 bioenergy2020+ ideen mit zukunft
Organisation
Gremien von BIOENERGY 2020+
Highlights
Auf den nächsten
Generalversammlung:
Verein der Wirtschaftspartner im K1-Zentrum BIOENERGY 2020+ sechzehn Seiten
Technische Universität Graz
Technische Universität Wien
finden Sie eine
Republik Österreich
Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbH
Auswahl aus den
Universität für Bodenkultur Wien
Fachhochschule Burgenland GmbH
Projekt-Portfolios
Aufsichtsrat: Im Aufsichtsrat sind neben den Mitgliedern der General
unserer Areas
versammlung auch die Länder Steiermark, Burgenland und Niederösterreich
sowie die Betriebsräte von BIOENERGY 2020+ vertreten.
Strategy Board: Das Strategy Board ist das strategische Lenkungsorgan für
die Belange der COMET Forschung.
Zahlen und Fakten:
Mitarbeiter_innen: 87 Mitarbeiter_innen / 69,3 Vollzeitäquivalente
(per 30. 09. 2016)
Umsatz: durchschnittlich EUR 8 Mio. / Jahr
Patente/Lizenzen: 4 Patentfamilien, 1 Marke, 1 Lizenz
Standorte: 3 Standorte, 2 Forschungsstätten
bioenergy2020+ ideen mit zukunft 7
Area Manager: DI Dr. Alexander Weissinger; Tel: +43 (7416) 52238-21
alexander.weissinger@bioenergy2020.eu
Key Researcher: Univ.-Prof. DI Dr. Christoph Hochenauer
AREA 1 TU Graz, Institut für Wärmetechnik
Biomasseverbrennungsysteme Scientific Advisor: DI(FH) Dr. Christoph Schmidl, BIOENERGY 2020+
Eine unserer Kernkompetenzen ist die Biomasseverbrennung, die eine Schlüssel- Leistungsbeschreibung AREA 1
technologie für den Einsatz von fossilen Energieträgern im Wärmemarkt darstellt. • Charakterisierung und Design fester Biomassebrennstoffe
Unser technologisches Know-how reicht von Einzelfeuerstätten über Kleinfeuerun- Innovative, anwendungsorientierte Methoden zur Brennstoffcharakterisierung,
gen bis zu großen Biomassefeuerungsanlagen. Darauf aufbauend decken wir alle Brennstofftests, Blending und Additivierung, mechanische und thermische
relevanten Forschungs- und Entwicklungsbereiche bei der Biomasseverbrennung Aufbereitung, Off-gassing, Korrosivität, nationale und internationale Standardi-
und Biomasse-Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ab. sierung
Die wichtigsten Herausforderungen bei Biomassefeuerungen kleiner Leistung sind • Weiterentwicklung und Optimierung von Kleinfeuerungen
die Reduktion von Emissionen und die Steigerung der Effizienz gerade im realen Optimierung von Geometrien, Luftführung und Regelung
Betrieb; bei Biomassefeuerungen und KWKs im mittleren und großen Leistungsbe- • Entwicklung von Kleinfeuerungssystemen der nächsten Generation
reich sind dies Brennstoffflexibilität, Anlagenverfügbarkeit und Steigerung des elek- Neue Brennerkonzepte, extrem gestufte Verbrennung, neue Regelungskonzepte
trischen Wirkungsgrads. Die daraus abgeleiteten Entwicklungsfelder sind und Wärmespeicher- und Wärmeverteilungslösungen für effiziente und schad-
>E
rweiterung der Rohstoffbasis für feste Biomassebrennstoffe stoffarme Verbrennung und Wärmebereitstellung
• Sekundärtechnologien zur Reduktion von Emissionen
>F
euerungstechnologien der nächsten Generation (z. B. extreme Luftstufung,
Komponentenentwicklung, Integration und Optimierung der Betriebsführung
Kerzenbrenner, …)
• Entwicklung von Mikro- und Klein-KWK-Anlagen
>T
echnologien und Verfahren zur Reduktion von gasförmigen und partikelförmi- Komponentenentwicklung und -optimierung, Systemintegration und -optimie-
gen Emissionen rung von thermoelektrischen Generatoren, Stirlingmotor und Dampfprozessen
>M
aßnahmen und Technologien zur Steigerung der Effizienz • Brennstoffflexible, zuverlässige und effiziente Feuerungen und KWKs im
>R
eduktion von Emissionen und Erhöhung der Effizienz in der realen Anwen- mittelgroßen und großen Leistungsbereich
dung Optimierung von Werkstoffwahl für Wärmetauscher und Betriebsbedingungen
zur Vermeidung von Hoch- und Niedertemperaturkorrosion, Additivierung einge-
>D
ynamische Verfahren zur Bewertung (Emissionen, Effizienz) von Biomassefeu-
setzter Brennstoffe, Steigerung des elektrischen Wirkungsgrads durch höhere
erungen
zulässige Dampfparameter
>E
rhöhung der Anlagenverfügbarkeit
• Hybride Wärmebereitstellungssysteme
>M
ikro- (< 5 kW elektrisch) und Klein-KWK-Anlagen Entwicklung und Optimierung von modular aufgebauten oder integrierten Wärme-
>E
ffizienzsteigerung bei Dampf-KWK-Anlagen im mittleren und großen Leistungs- bereitstellungssystemen bestehend aus verschiedenen Technologiekombinationen
bereich • Realitätsnahe Bewertungsmethoden
>H
ybride Wärmebereitstellungssysteme und KWKs (Systemkombinationen von Entwicklung, Optimierung und Anwendung von realitätsnahen Technologie- und
Biomassetechnologien mit anderen Energiebereitstellungstechnologien) Systemcharakterisierungs- und -bewertungsmethoden, Einsatz dieser Methoden
bei der Technologie- und Systementwicklung
8 bioenergy2020+ ideen mit zukunftHighlights „Biomasseverbrennungsysteme“
Und ewig brennt die Kerze …
Entwicklung eines Brikettofens mit Kerzenabbrandprinzip
Der Kerzenbrenner stellt ein neues Konzept für Einzelraumfeuerungen dar, mit dem
Holzbrennstoffe (Holzbriketts) bei sehr niedrigen Leistungen umgesetzt werden
können. Es kombiniert dabei die Vorteile des effizienten Pelletofens mit dem ästhe-
tisch ansprechenden Flammbild des konventionellen Scheitholz-Kaminofens:
> Verwendung eines standardisierten Brennstoffs
> Geringe Heizleistung
> Einstellbare Heizleistung
> Konstante Verbrennungsbedingungen
> Komfort für den Verbraucher
> Ansprechendes Flammbild
> Betrieb im Naturzug und ohne Netzanschluss
Bereits der erste Kerzenbrenner-Prototyp unterschreitet die geltenden Grenzwerte
für Emissionen aus Pelletöfen in Deutschland (1. BImSchV Stufe 2) und Österreich
(15a B-VG), die die strengsten in Europa sind. Dadurch, dass der Kerzenbrenner
eine lange Zeit (bis zu 10 h) ohne nachzulegen brennt, gibt es keine starken Emissi- Von der Idee zum Prototyp. Der Förderschacht des Kerzenbrenners
onsbelastungen wie sie bei herkömmlichen Scheitholzöfen durch das Nachlegen bietet Platz für zwei stehende Briketts. Diese werden mechanisch
nach oben gefördert, womit die gewünschte Wärmeleistung
von neuem Holz entstehen. Das Abbrandverhalten wird bei BIOENERGY 2020+
eingestellt werden kann (zwischen 1.8 und 4kW). Durch die quasi-
weiterhin optimiert. stationären Verbrennungsbedingungen werden die Vorteile der
Der Kerzenbrenner stellt ein völlig neues Konzept dar. Nach der Erteilung eines Briketts (homogener Brennstoff, gleichmäßiges Abbrandverhalten
Gebrauchsmusters wurde auch die nationale Patenteinreichung erfolgreich abge- etc.) optimal genutzt und werden minimale Emissionen freigesetzt.
schlossen und dieses im Mai 2015 erteilt (Pat. Nr. 514525). Die internationale Pa-
tenteinreichung gemeinsam mit einem Unternehmenspartner ist in Arbeit. n
Ansprechpartner:
DI Dr. Alexander WEISSINGER
Tel: +43 (7416) 52238-21
E-Mail: alexander.weissinger@bioenergy2020.eu
bioenergy2020+ ideen mit zukunft 9Highlights „Biomasseverbrennungsysteme“
Luftqualität und Biomasse – Realitätsnahe
Testverfahren zur Reduktion von Luftschadstoffen
Die Zulassungsprüfungen gemäß geltenden EN Normen zur Bestimmung von grund für diese Entwicklung ist die gesundheitsschädigende Wirkung von erhöhten
Emissionen und Wirkungsgrad für Scheitholz- und Pelletöfen werden derzeit unter Feinstaubkonzentrationen in der Atemluft. Zusätzlich zum Summenparameter PM
quasi-stationären Betriebsbedingungen durchgeführt. Die unter diesen „Optimal“- (particulate matter) wurden in den letzten Jahren auch Einzelsubstanzen und deren
Bedingungen erzielten Werte sind die Grundlage für den Nachweis der Einhaltung Gefahrenpotential analysiert. Die Gruppe der polyzyklischen aromatischen Kohlen-
geltender gesetzlicher Anforderungen. Instationäre sowie nutzerspezifische Be- wasserstoffe (PAK) wurde hierbei als besonders gefährlich (karzinogen) identifiziert
triebsbedingungen, die für den Praxisbetrieb typisch sind, werden dabei nur unzu- und deshalb, stellvertretend für die ganze Gruppe, die Einzelsubstanz Benzo[a]py-
reichend berücksichtigt und die Typenprüfwerte für Emissionen und Wirkungsgrad ren in der Außenluft limitiert. Der seit 1. Jänner 2013 gültige Grenzwert liegt bei
sind daher unter praktischen Betriebsbedingungen nicht erreichbar. Um die Aus- 1 ng / m³ (Jahresmittelwert). Erste Messungen haben an mehreren Messstellen in
sagekraft der Typenprüfungen für das tatsächliche Verhalten der Öfen im realen Österreich – vor allem in alpinen Gebieten und in den Wintermonaten – beträchtli-
Betrieb zu verbessern, besteht der dringende Bedarf, die Prüfabläufe und Messme- che Überschreitungen dieses Grenzwertes ergeben.
thoden praxisrelevanter zu gestalten. Im europäischen Forschungsprojekt beReal
wurden neue Prüfmethoden für Scheitholz- und Pelletöfen entwickelt. Der Prüfab- Als Hauptquelle von Benzo[a]pyren wurde in Studien die Biomasseverbrennung
lauf sowie die Prüfbedingungen basieren nun auf der Grundlage von umfangrei- identifiziert. Aber Biomasseverbrennung ist nicht gleich Biomasseverbrennung.
chen, empirisch erhobenen Daten zum Praxisbetrieb und dessen Einflussfaktoren. Die Studien belegen, dass Einzelraumfeuerstätten (Öfen und Herde) deutlich über
Verglichen mit den aktuellen EN Normen, stellen die neuen beReal-Prüfmethoden 10 μg / Nm³ emittieren können. Untersuchungen aus aktuellen Projekten bei
qualitätsspezifische Unterschiede im Hinblick auf Praxis-Emissionen und Wirkungs- BIOENERGY 2020+ zeigen, dass automatische Feuerungsanlagen im stationä-
grad besser dar. Die langfristige Umsetzung in eine Prüfnorm bzw. mittelfristig in ein ren Betrieb praktisch kein Benzo[a]pyren emittieren (Highlights „Biomasseverbrennungsysteme“
Korrosion in Biomassefeuerungen
Korrosion von Wärmetauschern durch Rauchgas in Biomassefeuerungsanlagen führt zu einer massiven Reduktion der Lebens-
dauer der betroffenen Bauteile und kann zu ungeplanten Stillständen führen. Um derartigen Schadensfällen vorzubeugen, wer-
den Biomassefeuerungsanlagen oft auf Kosten der Effizienz mit sehr konservativen Betriebsparametern betrieben. Trotz dieser
Maßnahme kann Korrosion allerdings nicht immer vermieden werden. Insbesondere der Einsatz von minderwertigen Brennstof-
fen (schlechte Waldhackgutqualitäten und landwirtschaftliche Brennstoffe) verstärkt das Risiko für derartige Schadensfälle.
Von BIOENERGY 2020+ wird die Thematik daher seit mehreren Jahren untersucht. Der Einsatz von On-line Korrosionssonden
hat sich hier als besonders zielführend erwiesen. Diese Sonden ermöglichen die Detektion von Korrosion in Biomassefeuerungen
während des laufenden Betriebes in Echtzeit.
In Biomasse-Dampfkesselanlagen wurde damit bereits die Hochtemperatur-Korrosionsresistenz von Überhitzerstählen im realen
Einsatzbereich untersucht. Die Ergebnisse ermöglichen es, die nächste Generation von Anlagen mit erhöhten Dampfparametern
und damit erhöhtem Wirkungsgrad zu betreiben, ohne dabei die Lebensdauer der Anlage zu verkürzen. Weiters wird dazu bei-
getragen, in bestehenden Anlagen Schadensfälle durch Korrosion zur minimieren. Neben dem ökologischen Vorteil wird damit
auch die ökonomische Konkurrenzfähigkeit der Stromerzeugung aus Biomasse gegenüber fossilen Brennstoffen erhöht.
Derzeit werden On-line Korrosionssonden zur Untersuchung von Niedertemperaturkorrosion eingesetzt. Diese Schadensfälle
betreffen insbesondere das kalte Ende von Biomasse-KWK-Anlagen und Biomasse-Heizwerken. Derartige Untersuchungen
enthalten auch umfangreiche Analysen von Brennstoffen, Kondensaten und Aschebelägen, um die Rahmenbedingungen für das
Auftreten von Niedertemperaturkorrosion zu bestimmen. Erste Ergebnisse zeigen, dass sowohl Säurebildung im Rauchgas als
auch Salze in den Aschebelägen für die Schäden verantwortlich sein können. Insbesondere eine zu geringe Oberflächentempe-
ratur von Wärmetauscherflächen kann zu hohen Korrosionsraten führen.
Unser Ziel ist es, praxisrelevante Lösungsansätze für die Festlegung von Grenztemperaturen, für die Materialwahl der betroffenen
Bauteile und für die Identifikation von Niedertemperatur Korrosionsmechanismen in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen und
eingesetzten Brennstoffen bereitzustellen. n
Korrosionssonde nach Einsatz
Ansprechpartner:
DI Stefan Retschitzegger
Tel: +43 (316) 873-9205
E-Mail: stefan.retschitzegger@bioenergy2020.eu
bioenergy2020+ ideen mit zukunft 11Area Manager: DI Dr. Reinhard Rauch; Tel: +43 (3322) 42606-152
reinhard.rauch@bioenergy2020.eu
Key Researcher: Univ.-Prof. Dr. Hermann Hofbauer
AREA 2 TU Wien, Institut für Verfahrenstechnik
Biomassevergasungssysteme
Die Nutzung von Biomasse durch Vergasung ist Kern dieses Kompetenzbereiches. Leistungsbeschreibung AREA 2
Durch thermische Vergasung können wir verschiedene biogene Rohstoffe als Pro- • Gasproduktion
duktgas oder Synthesegas nutzen. In unserer Vision einer zukunftsfähigen und Weiterentwicklung relevanter Verfahren wie Pyrolyse, Wirbelschichtvergasung,
nachhaltigen Energieversorgung spielt diese Technologie eine wichtige Rolle. gestufte Vergasung zur thermischen Konversion von biogenen Rohstoffen, Rest-
stoffen und Abfällen in Produkt- bzw. Synthesegase und andere Wertstoffe
Die Anwendungsgebiete beinhalten
• Gasaufbereitung
> traditionelle Kraftwärmekopplung (KWK) mittels Gasmotorenanlagen, welche in Entwicklung und Anwendung geeigneter Verfahren zur Aufbereitung von
einem Leistungsbereich von 100-5.000 kWel ausgeführt wird Produkt- oder Synthesegas, abhängig von Erzeugung und Anwendung
>effektive Kraftmaschinen für größere Anlagen (>5.000 kW) – Gasturbinen • Gasanwendung
>Mikrogasturbinen im kleinsten Leistungsbereich (50-250 kWel) Untersuchung verschiedener Anwendungsbereiche für die Gasanwendung, un-
>Hochtemperatur-Brennstoffzellen als interessante Perspektive für die Zukunft, ter anderem Produktgas für industrielle Prozesse (z. B. Hochtemperaturwärme),
wobei die technische Entwicklung für Leistungseinheiten >1 kWel derzeit noch KWK von Produktgas und Synthesegasverfahren
im Gange ist • Verfahrensentwicklung und Optimierung
Pyrolyse inkl. fraktionierter Produktgewinnung, Wirbelschichtvergasung mit
Neben der energetischen Nutzung kann das Produktgas aber auch als Synthese- besonderem Schwerpunkt auf der Dual Fluid Vergasungstechnik (holzartige Bio-
gas eingesetzt werden. Bei dieser Anwendung können leitungsgebundene (SNG) masse, biogene Reststoffe, Klärschlamm, etc.), gestufte Vergasung (holzartige
und in flüssiger Form speicherbare Energieträger und Rohstoffe (Methanol, Fischer- Biomasse, Stroh, WDB – waste derived biomass), Gasreinigung zur Abtrennung
Tropsch-(FT-)Treibstoffe, FT-Wachse) bereitgestellt werden. Schließlich stellt auch von Begleitstoffen und von Kohlendioxid, Heißgasreinigung für verschiedene
die Produktion von Wasserstoff aus Biomasse eine interessante Zukunftsperspek- Anwendungen, das Testen verschiedener Betriebsmittel für Vergasung und
tive dar. Gasreinigung, Integration von Biomassevergasung in industrielle Prozesse,
Die Entwicklung und die Optimierung der erforderlichen Verfahren wird entlang der Integration von Biomassevergasung und industrieller Kohlendioxid-Abtrennung
Produktionskette in die drei Bereiche Gasproduktion, Gasaufbereitung und Gasan- in Power-to-Gas-Konzepten (PtG)
wendung unterteilt. Daraus resultieren eine Reihe von Entwicklungen für einzelne • Mess- und Analysetechnik
Verfahrensstufen bzw. Gesamtverfahren und die dazugehörige Infrastruktur inklusi- Weiterentwicklung und Verfeinerung bestehender Methoden sowie Entwicklung
ve Mess- und Analysetechnik. neuer Verfahren zur Untersuchung der Gasinhaltsstoffe sowie zur Evaluierung
der steigenden Qualitätsanforderungen an das Produktgas bzw. Synthesegas
12 bioenergy2020+ ideen mit zukunftHighlights „Biomassevergasungssysteme“
Thermische Vergasung biogener Reststoffe
Das bei der thermischen Vergasung von Biomasse entstehende Prozessgas wird traditionellerweise
in Kraft-Wärme-Kopplungen zur Umwandlung in Strom und Wärme eingesetzt. Es kann aber auch in
Brennstoffzellen zur Erzeugung von Strom oder als Synthesegas für die Herstellung von Grundstoffen
für die chemische Industrie verwendet werden. Um die Wirtschaftlichkeit von industriellen thermischen
Vergasungsanlagen zu gewährleisten, müssen auch minderwertigere Holzsortimente und biogene
Reststoffe eingesetzt werden können. Insbesondere das Ascheschmelzverhalten dieser Sortimente
birgt Herausforderungen, die einen negativen Einfluss auf den Betrieb der Anlage haben können. In
industriellen Anlagen (bis 16 MW Brennstoffwärmeleistung), die die Anforderung haben, 8.000 h / Jahr
in Betrieb zu sein, wurde der Einfluss der Asche auf den Betrieb untersucht und Optimierungen zur
Reduktion von Ascheschmelzen und Anbackungen durchgeführt. Es wurde dabei auch der katalytische
Einfluss der Asche auf die Vergasung nachgewiesen. Mit Unterstützung von BIOENERGY 2020+ ist es
erfolgreich gelungen, eine industrielle Zweibettwirbelschicht-Dampf-Vergasungsanlage auf die Nutzung
von Brennstoffen mit niederer Qualität als Holz mit einem hohen Anteil an Rinde und dünnen Ästen um-
zustellen. Bei einer Leistung von 5 MW elektrisch werden an dieser Anlage elektrische Wirkungsgrade
von rund 30 % erreicht, mit einer thermischen Auskopplung in die Fernwärme von rund 50 %. n
Ansprechpartner:
DI Dr. Matthias KUBA
Tel: +43 (3322) 42606-156
E-Mail: matthias.kuba@bioenergy2020.eu
bioenergy2020+ ideen mit zukunft 13Highlights „Biomassevergasungssysteme“
Weiterentwicklung der thermischen Biomassevergasung –
weg von den Edelsteinen
Zur thermischen Biomassevergasung in der Zweibettwirbelschicht wird der- aus der thermischen Vergasung, also der Asche. Kostengünstige Brennstoffe
zeit ein Mineral als Bettmaterial verwendet, das auch seinen Einsatz als haben einen nicht unerheblichen Anteil an Nährstoffen, die die Pflanze im
Schmuckstein findet: Olivin. Neben der Funktion als Wärmeträger- und Wär- Laufe der Zeit aufgenommen hat. Die Rückführung dieser Nährstoffe in den
mespeichermaterial wird dieses Mineral auch zur katalytischen Verbesserung natürlichen Nährstoffkreislauf nach der energetischen Nutzung der Biomasse
der Vergasung bzw. zur Reduktion von Teeren im Produktgas benötigt. Die- kann zur weiteren Wertschöpfung des Prozesses beitragen. n
ses Mineral ist jedoch nicht weltweit verfügbar und kostenintensiv im Betrieb
(~150-200 €/t). Untersuchungen von BIOENERGY 2020+ haben gezeigt,
dass die Asche der verwendeten Biomasse mit dem Bettmaterial interagiert
und auf der Partikeloberfläche einen Layer bildet, der in seiner Zusammen-
setzung ähnlich der Biomasseasche ist. Dieser Aschelayer trägt maßgeb-
lich zur katalytischen Eigenschaft des Bettmaterials bei. Zur Reduktion der
Betriebskosten wird der Ersatz von Olivin durch ein weltweit verfügbares,
preiswertes und trotzdem katalytisches Mineral angestrebt. Dieses Mineral
muss die Ausbildung einer stabilen katalytischen Ascheschicht am Bettma-
terial durch Interaktion mit der Biomasseasche ermöglichen und gleichzeitig
Schmelzvorgänge der Asche bei Temperaturen von maximal 1.000 °C ver-
hindern.
BIOENERGY 2020+ untersucht in Versuchsanlagen die katalytischen Ei-
genschaften von verschiedenen Bettmaterialien im Hinblick auf deren Ver-
gasungseigenschaften. Es konnte der Mechanismus der Layerbildung für
verschiedene Mineralien erklärt werden. Dadurch kann, unter Zugabe von
Additiven und gezieltes Eingreifen in den Prozess, die Layerbildung beein-
Noch ist das Mineral Olivin bei der thermischen Biomassevergasung schwer zu ersetzen.
flusst werden.
BIOENERGY 2020+ sucht nach Alternativen.
Das derzeit eingesetzte Bettmaterial Olivin enthält geringe Mengen an
Schwermetallen, welche durch Abrieb in der Wirbelschicht in die Biomas-
Ansprechpartner:
seasche gelangen. Dies verhindert die weitere Nutzung der Asche. Die Nut-
DI Dr. Matthias Kuba
zung eines alternativen – schwermetallfreien – Bettmaterials eröffnet daher
Tel: +43 (3322) 42606-156
auch die Möglichkeit zur weiteren Nutzung dieser anorganischer Rückstände
E-Mail: matthias.kuba@bioenergy2020.eu
14 bioenergy2020+ ideen mit zukunftHighlights „Biomassevergasungssysteme“
159 Liter Fischer-Tropsch-Diesel pro Tag
Die Fischer-Tropsch-(FT-)Synthese ist ein ursprünglich von Franz Fischer und Hans Tropsch im Jahre 1925
im deutschen Ruhrgebiet entwickeltes großtechnisches Verfahren zur Umwandlung von Gemischen aus
Kohlenmonoxid und Wasserstoff in flüssige Kohlenwasserstoffe. Besonders während des Zweiten Welt-
kriegs war das FT-Verfahren in Deutschland von großer Bedeutung, da damit der Bedarf an flüssigen
Kraftstoffen aus heimischer Kohle gedeckt werden konnte.
In den letzten Jahren wurde das Verfahren wiederentdeckt, allerdings unter anderen Vorzeichen: Derzeit
wird die FT-Synthese von Ölfirmen wie Shell oder Exxon genutzt, um aus nicht nutzbaren Erdgasvorkom-
men hochwertige Dieselkomponenten zu erzeugen. Bei der Verbrennung hat FT-Diesel gegenüber fossilem
Diesel den Vorteil, dass die Partikel-, CO- und Kohlenwasserstoffemissionen geringer sind.
Wie bei anderen Synthesen dient auch bei FT-Diesel das Synthesegas der Biomasse-Dampfvergasung als
Ausgangsstoff und auch bei FT-Diesel waren die Forschungsarbeiten von BIOENERGY 2020+ von weg-
weisender Bedeutung für den technologischen Fortschritt.
Die 2005 im Rahmen eines EU-Projektes und in Kooperation mit Industriepartnern in Güssing installier-
te Laboranlage produzierte 10 Kilogramm FT-Diesel pro Tag. Fünf Jahre später wurde gemeinsam mit
Industriepartnern die Maßstabsvergrößerung der Gasreinigung auf 1 Barrel (159 Liter) pro Tag durchge-
führt, wobei ein anderes Reaktorkonzept zur FT-Synthese verwendet wurde. Seit Mitte 2016 ist der von
BIOENERGY 2020+ und dem Institut für Verfahrenstechnik – TU Wien entwickelte Slurry Reaktor fertig und
steht im Technikum Güssing für weiterführende F&E-Arbeiten zur Verfügung. n
Fischer-Tropsch-Laboranlage mit Gasreinigung: Im mit Katalysator
gefüllten Slurry Reaktor wird das Synthesegas bei Temperaturen von
200 bis 300 °C und Drücken von 20 bis 30 bar zu FT-Diesel umge-
setzt. Bild: Kompression (links), FT-Reaktor (Mitte), Produktabtrennung
(rechts)
Ansprechpartner:
DI Gerald WEBER
Tel: +43 (3322) 42606-154
E-Mail: gerald.weber@bioenergy2020.eu
bioenergy2020+ ideen mit zukunft 15Area Manager: DI Dr. Bernhard Drosg; Tel: +43 (1) 47654-97467
bernhard.drosg@bioenergy2020.eu
Key Researcher: Ao. Univ.-Prof. DI Dr. Werner Fuchs
AREA 3 BOKU, Institut für Umweltbiotechnologie
Biokonversion und Biogassysteme
Die Arbeiten zur biotechnologischen Konversion von Biomasse zu Energieträger und/ Leistungsbeschreibung AREA 3
oder zu stofflichen Produkten erfolgen nach dem Prinzip der kaskadischen Nutzung • Biogasprozess
und in Zusammenarbeit mit der Universität für Bodenkultur Wien (IFA Tulln). Im Zen- Charakterisierung unterschiedlicher Substrate für Biogasprozesse (Trocken-
trum steht die Weiterentwicklung der Biogastechnologie. Ihr kommt eine wichtige substanz, organische Trockensubstanz, CSB – chemischer Sauerstoffbedarf,
Rolle bei der Nutzung von Reststoffen zu und sie ermöglicht die Bereitstellung von Gesamtstickstoff, NH4-Stickstoff, etc.), Bestimmung von Biomethanausbeuten
speicherbarer Energie (Biomethan) aus Biomasse. An den folgenden Fragestellungen im Rahmen von Batchtests, Potentialstudien für Biogasprojekte, Optimierung
forschen wir: der Monovergärung von Industriereststoffen (kontinuierliche Biogasversuche),
> Integration von Biogasanlagen im Gesamtenergiesystem Begleitung und Optimierung von Industriebiogasanlagen
> Intensivierung und Optimierung der Nutzung von Reststoffen
und stabile Fermentation bei stark proteinhaltigen Substraten • Mikroalgenbiotechnologie
> Vorbehandlung schlecht abbaubarer Substrate zur Verbesserung der mikrobio- Screening von Algenstämmen, Test und Vergleich unterschiedlicher Kultivie-
logischen Umsetzung und Einsatz von Additiven zur Erhöhung der mikrobiolo- rungssysteme (tubulärer Photobioreaktor, „sleeve bag“-System, etc.), Scale-Up
gischen Aktivität (z. B. Spurenelemente, Enzymprodukte) des Prozesses vom Labormaßstab in den Pilot-Maßstab, Downstream-Proces-
> Aufbereitung von Biogasgärresten zu Biodüngern sing (Ernte, Biomasseaufbereitung, Wertstoffextraktion, etc.), Bereitstellung von
Algenbiomasse, Weiterentwicklung von Algenbioraffinerie-Prozessen
Unsere Schwerpunkte im Bereich der Biokonversion umfassen derzeit die Algen-
biotechnologie sowie Verfahren zur Umwandlung von Reststoffen und CO2 zu ver- • Nährstoffrückgewinnung und Nährstoffverfügbarkeit
schiedenen Produkten (gasförmige oder flüssige Energieträger, Basischemikalien, Verfahrenstechnik zur Aufbereitung von Biogasgärresten zu Biodüngern (Sie-
höherwertige Produkte für die chemische Industrie). Wir beschäftigen uns dabei mit bung, Zentrifugation, Einsatz von Fällungsmitteln, Ultrafiltration, …), Biover-
den folgenden Fragestellungen: fügbarkeit von Spurenelementen, Weiterentwicklung von Entschwefelungs-
> Neu- und Weiterentwicklung sowie Scale-up von Prozessen in der prozessen (chemisch, mikrobiologisch), Weiterentwicklung von Prozessen zur
Algenbiotechnologie Nährstoffrückgewinnung (Ammoniak, Phosphat, Schwefel, Mikroelemente)
> Entschwefelungsprozesse und Nährstoffrückgewinnung
> Veredelung problematischer Abfälle (z. B. Schlachtabfälle) • Weitere Biokonversionsprozesse
> ABE (Aceton-Butanol-Ethanol) Fermentation basierend auf Reststoffen Biomethanisierung und biologisches Upgrading von Biogas zu Biomethan,
> Biologische Umwandlung von H2 und CO2 zu Energieträgern und zu biologische Umwandlung von Wasserstoff und Kohlendioxid zu Essigsäure,
chemischen Grundstoffen Veredelung problematischer Abfälle (z. B. Schlachtabfälle), Produktion von
flüchtigen Fettsäuren aus biogenen Reststoffen, Weiterentwicklung der ABE
Fermentation
16 bioenergy2020+ ideen mit zukunftHighlight „Biokonversion und Biogassysteme“
Bioraffinerie Schlachthof: Strom, Wärme
und Wertstoffe aus Schlachtabfällen
In Schlachtbetrieben fallen große Mengen an tierischen Nebenprodukten (Schlacht- Durch Kombination dieser einzigartigen Abfallnutzung mit Geothermie können 100 %
abfällen) an, die aufgrund der Hygienevorschriften eine aufwendige Behandlung erfor- des betrieblichen Wärme- sowie 50 % des Strombedarfs abgedeckt werden. Durch
dern. Seit in Europa, aufgrund der BSE-Krise die Verarbeitung der Abfälle zu Tiermeh- die Projektumsetzung wurden nicht nur die jährlichen Betriebskosten im Bereich Ab-
len und Tierfetten verboten wurde, haben zahlreiche Betriebe mit Entsorgungskosten fallentsorgung und Energiebereitstellung um 60 %, sondern auch der CO2-Ausstoß
zu kämpfen. um 5,2 Mio. kg reduziert. Zusätzlich wird durch Fermentation ein wertvoller biologi-
Im Spannungsfeld aus hohen Entsorgungs- und Energiekosten und dem Preisverfall scher Dünger gewonnen, der reich an essentiellen Bodennährstoffen ist.
am Lebensmittelmarkt suchte einer der größten österreichischen Schlachthöfe nach Die Entwicklung und Implementierung eines Hygienisierungsprozesses reduzierte den
Strategien, die zu einer nachhaltigen Verbesserung der Gesamtsituation führen soll- erforderlichen spezifischen Wärmeeintrag um 2/3. Durch die kaskadische Nutzung
ten. Man betrachtete Abfall nicht länger als Abfall, sondern als Ressource. der Abwärme aus der Kälteanlage erzielt man jährlich 650.000 kg CO2-Einsparung
Im Rahmen von mehreren Forschungsprojekten konnte BIOENERGY 2020+ in Zusam- sowie eine Reduktion des Erdgasverbrauchs um 80 %.
menarbeit mit dem Institut für Energietechnik der BOKU unterschiedliche Maßnahmen Die synergistische Kopplung von Abfallverwertung, Bereitstellung von Energie und
und technische Entwicklungen erarbeiten und vor Ort realisieren. Pflanzennährstoffen sowie die Reduzierung von Treibhausgasen durch Entwicklung
Die anaerobe Verwertung von Schlachtabfällen (Monovergärung) konnte weltweit und Implementierung unterschiedlicher Technologien führte im Bereich Ressourcenef-
erstmalig sowohl im Labor- als auch im Industriemaßstab erfolgreich demonstriert fizienz und Abfallmanagement von Lebensmittelbetrieben zu neuen Maßstäben.
werden. Die zwei Haupthindernisse (hohe Stickstoff- und Fettanteile im Substrat) In einem Folgeprojekt „PRO-VAL“ (Start August 2016) wird an einer weiteren Optimie-
konnten durch entsprechende Prozessadaptierung überwunden werden. Auf übliche rung des Abfall- und Energiemanagementkonzepts und somit an einer Steigerung der
Maßnahmen wie Verdünnung, N-Strippung oder Co-Vergärung wurde verzichtet und Wertschöpfung der betrieblichen Reststoffe gearbeitet. Durch ein spezielles Verfahren
somit ein hoher Grad an Prozesseffizienz erreicht. Dadurch kann der Betrieb sich soll der Gesamtwirkungsgrad der betrieblichen Anlage und somit der Grad der Ener-
nahezu autark mit Energie versorgen sowie einen großen Beitrag zur Absenkung von gieselbstversorgung weiter gesteigert werden. Dies soll durch eine spezielle Vorbe-
klimarelevanten Treibhausgasen leisten. Durch Kraft-Wärme-Kopplung wird das Bio- handlung und durch die Reduktion sowie Aufbereitung bestimmter Abwasserfraktio-
gas mit einem Methananteil von 70 % zu Strom und Wärme umgewandelt. Der Strom nen erfolgen. Darüber hinaus werden Möglichkeiten einer stofflichen Verwertung von
wird ins Netz, die Wärme über Zwischenspeicherung in das betriebliche Wärmenetz Blut in Betracht gezogen. Der Fokus liegt hierbei auf mikrobiologische Gewinnung
eingespeist. und Umsetzungen von Carbonsäuren zu biobasierten chemischen Produkten oder
Vorläuferprodukten. n
Ansprechpartner:
DDI Dr. Markus Ortner
Tel: +43 (1) 47654-97449
E-Mail: markus.ortner@bioenergy2020.eu
bioenergy2020+ ideen mit zukunft 17Area Manager: DI Dr. Christoph Strasser; Tel: +43 (7416) 52238-27
christoph.strasser@bioenergy2020.eu
Key Researcher: Ao. Univ.-Prof. DI Dr. Peter Schwarzbauer
SUBAREA 4.1 BOKU, Institut für Marketing & Innovation
Nachhaltige Versorgungs-
und Wertschöpfungsketten
In diesem Kompetenzbereich beschäftigen wir uns mit jenen Aspekten der Bioener- Leistungsbeschreibung SUBAREA 4.1
gie, die die gesamte Wertschöpfungskette vom Rohstoff bis zum finalen Produkt • Untersuchung von Biomasseressourcen
und dessen Markt betrachten. Bewertung von Potentialen, Entwicklung von Logistik- und Supply-Chain-
Die Wertschöpfungskette beginnt mit den Biomasseressourcen, die aus der Land Konzepten
und Forstwirtschaft, der Abfallwirtschaft oder aus sonstigen Quellen wie z. B. Al-
• Entwicklung und Untersuchung von Vorbehandlungs- und Upgrading-
gen stammen können. Diese Ressourcen werden in der erforderlichen Qualität für Technologien
verschiedenste Anlagen wie z. B. Öfen, Kessel, Biomasseheizkraftwerke, Biotreib- Sowohl mechanisch durch Zerkleinerung, Sortierung, Pelletierung;
stoffproduktionsanlagen oder Biogasanlagen zur Verfügung gestellt. Aus der Vor- als auch thermisch durch Trocknung, Torrefizierung, Pyrolyse
behandlung und anschließenden Umwandlung der Biomasse entstehen je nach
• Ökologische Bewertung
Technologie verschiedene Arten von Bioenergie: Wärme, Strom, Brennstoff oder
Erstellung von Treibhausgasbilanzen bis hin zum vollständigen Life Cycle
Treibstoff; in sogenannten Bioraffinerien werden auch Produkte zur stofflichen Nut-
Assessment (LCA)
zung wie z. B. Chemikalien und Biokunststoffe hergestellt.
• Techno-ökonomische Bewertung von biobasierten Wertschöpfungsketten
Diese unterschiedlichen Produkte müssen sich auf verschiedenen Märkten behaup-
für neuartige Bioenergie-Wertschöpfungsketten wie beispielsweise basierend auf
ten. Dazu ist es unerlässlich, die Kundenanforderungen und das Kundenverhalten
torrefizierter Biomasse und für Alternativnutzungspfade im Sinne von Bioraffineri-
zu berücksichtigen, sich mit Preisen und Preisbildungsmechanismen auseinander-
en wie beispielsweise für Biokunststoffe
zusetzen und Märkte zu analysieren und zu modellieren. Weiters ist es notwendig,
relevante Vorschriften und Richtlinien zu kennen und diese ggf. mitzugestalten. Der • Marktanalyse
Informationsaustausch mit Experten und Stakeholdern sowie maßgeschneiderte Analyse von Bioenergiemärkten, Stakeholder Befragungen, Erstellung von
Schulungs- und Trainingsangebote runden die Unterstützung für die Branche ab. Markt- und Preismodellen inklusive Szenarienbildung
Bioenergie-Wertschöpfungsketten – also die gesamte Kette von der Ressource bis • Networking
zum Markt – sind nachhaltig, wenn sie zukunftsfähig sind. Das bedeutet, dass sie Vernetzung und Informationsverbreitung auf nationaler und internationaler Ebene
in allen Bereichen der Nachhaltigkeit – ökonomisch, ökologisch und sozial – gegen (z. B. Herausgabe des Mitteilungsblattes „Biobased Future“, Teilnahme an IEA
andere am Markt befindliche Produkte bestehen können. Bioenergy)
Im Querschnittsbereich “Nachhaltige Versorgungs- und Wertschöpfungsketten“ • Schulungen und Wissensvermittlung
arbeiten wir mit unseren drei technologischen Bereichen der Biomassekonversion Konzipierung und Abhaltung von maßgeschneiderten Schulungen und Work-
(AREA 1, 2 & 3) zusammen, um nachhaltige Wertschöpfungsketten zu schaffen. shops auf unterschiedlichem Niveau für verschiedenste Zielgruppen
18 bioenergy2020+ ideen mit zukunftHighlights „Nachhaltige Versorgungs- und Wertschöpfungsketten“ Highlights „Nachhaltige Versorgungs- und Wertschöpfungsketten“
Mobile Biomassefeuerung Stroh in den Tank
für Trocknungszwecke
Die Trocknung ist ein wichtiger Prozess Die Beimischung von Biodiesel und Ethanol aus Pflanzenölen bzw. Mais zu fossilen
in den Versorgungs- und Wertschöp- Treibstoffen ist bereits Realität – die Produktion von Treibstoffen aus landwirtschaftli-
fungsketten von landwirtschaftlichen chen und forstwirtschaftlichen Reststoffen jedoch ist noch in Entwicklung. Die EU, die
Produkten. Noch immer wird hier vielfach USA, Brasilien und China bemühen sich um die Markteinführung solcher fortschrittlicher
fossile Energie zur Trocknung verwendet. Biotreibstoffe und stellen daher Fördermittel für die Erprobung geeigneter Technologien
Als zusätzliche Anforderung soll die Wär- in Pilot- und Demonstrationsanlagen zur Verfügung. Mehrere große
meerzeugungseinheit solcher Anlagen Demonstrationsanlagen zur Produktion von Ethanol aus lignozellulosen Rohstoffen im
mobil ausgeführt werden, damit über de- industriellen Maßstab gingen 2014 und 2015 in Betrieb.
Betrieb des mobilen Hackgutofens für Trock- ren flexiblen Einsatz die Wirtschaftlichkeit BIOENERGY 2020+ verfolgt im Auftrag eines globalen Expertennetzwerkes der Inter-
nungszwecke sichergestellt werden kann. nationalen Energieagentur die Entwicklung dieser Technologien und hat dazu eine web-
In Zusammenarbeit mit einem österreichischen Landtechnikunternehmen entwickelt basierte interaktive Landkarte geschaffen. Unter http://demoplants.bioenergy2020.eu
BIOENERGY 2020+ seit dem Jahr 2006 leichte und transportable Biomassefeue- sind mehr als 180 aktuelle Projekte zu Forschung, Entwicklung und Demonstration der
rungen zur Warmlufterzeugung als Basiseinheit für dezentrale Trocknungsanlagen. In Herstellung fortschrittlicher Biotreibstoffe auf der ganzen Welt dargestellt. n
solchen Anlagen können je nach Ausführung landwirtschaftliche Güter wie Heu, Ge-
treide, Mais aber auch Brennstoffe wie Hackgut und Stückholz getrocknet werden.
Das Kernelement des biomassebefeuerten Warmlufterzeugers ist, neben der Rostfeu-
erung, der Abgas/Luft-Wärmetauscher. Dieser muss in Leichtbauweise, auf möglichst
kleinem Raum, die entsprechende Wärme übertragen und trotzdem eine akzeptable
Lebensdauer vorweisen. Die mobilen Geräte gibt es mittlerweile für den Brennstoff Der Bericht über den Status der Implemen-
tierung in 2012 enthält die Beschreibung von
Holzhackgut in den Leistungsgrößen 150 kW, 250 kW und 750 kW. Ein Gerät mit der 71 Projekten und kann im Internet über www.
Nennleistung von 2.500 kW wird aktuell entwickelt. Für gewerbliche Anwendungen task39.org herunter geladen werden. Die Daten-
wurden zudem für den Brennstoff Holzpellets eigene, nochmals kompaktere Geräte bank wird jährlich aktualisiert. Die interaktive Land-
karte mit dem jeweils aktuellen Stand ist unter
in den Größen 50 kW und 150 kW entwickelt. n
http://demoplants.bioenergy2020.eu zugänglich.
Ansprechpartner: Ansprechpartnerin:
DI Dr. Christoph STRASSER DIin Dina BACOVSKY
Tel: +43 (7416) 52238-27 Tel: +43 (7416) 52238-35
E-Mail: christoph.strasser@bioenergy2020.eu E-Mail: dina.bacovsky@bioenergy2020.eu
bioenergy2020+ ideen mit zukunft 19Area Manager: DI Dr. Markus Gölles; Tel: +43 (316) 873-9208
markus.goelles@bioenergy2020.eu
Key Researcher: Univ.-Prof. DI Dr. Christoph Hochenauer
SUBAREA 4.2 TU Graz, Institut für Wärmetechnik
Regelungs- und
Scientific Advisor: Univ.-Prof. DI Dr. Martin Horn
TU Graz, Institut für Regelungs- und Automatisierungstechnik
Automatisierungstechnik
Die Arbeitsgruppe für Regelungs- und Automatisierungstechnik hat sich ursprüng- Leistungsbeschreibung SUBAREA 4.2
lich mit der modellbasierten Regelung von Biomasse-Rostfeuerungen beschäftigt. • Mess- und Automatisierungstechnik
Ausgehend von Flachschubrost-Feuerungen mit schamottierter Sekundärver- Messung regelungstechnisch relevanter Prozessgrößen und Implementierung
brennungszone und Wasserkessel mit Kesselnennleistungen von 200 bis 300 kW modellbasierter Regelungen in Basisautomatisierungen
entwickelten wir modellbasierte Regelungen für Biomassefeuerungen in einem Prüfstandsautomatisierung zur automatisierten Versuchsdurchführung
Leistungsbereich von 30 kW bis 15 MW. Hierbei behandelten wir verschiedene
• Modellierung der dynamischen Eigenschaften
Rosttechnologien sowie unterschiedliche der Feuerung nachgeschaltete Kessel-
Entwicklung und Parametrierung mathematischer Modelle zur Beschreibung
typen (Warm- und Heißwasser, Dampf, Thermoöl). Im Laufe der Zeit weiteten
des dynamischen Verhaltens als Grundlage für modellbasierte Regelungs-
sich die Arbeitsgebiete in zwei grundsätzliche Richtungen aus: übergeordnete
strategien
Regelungs- und Betriebsführungsstrategien (Lastmanagement) samt zugehöriger
Prognosemethoden für Lastabnahme und Solarertrag sowie die Regelung ande- • Simulation des dynamischen Verhaltens
rer wärmetechnischer bzw. thermochemischer Anwendungen wie z. B. mittelgro- Numerische Simulation des dynamischen Verhaltens der untersuchten
ßer Solaranlagen oder ausgewählter Prozesse der Biomassevergasung in einer Prozesse und Systeme (mitunter als Werkzeug zur Regelungsenwicklung)
Zweibettwirbelschicht. • Reglerentwicklung
Die verschiedenen Aktivitäten können als Modellierung, Simulation, Regelung und Entwicklung von (modellbasierten) Reglern und Entwurf von Beobachtern
Automatisierung verschiedener thermochemischer und wärmetechnischer Pro- (Schätzern) für während des Betriebs nicht messbare Prozessgrößen
zesse und Systeme zusammengefasst werden und lassen sich grundsätzlich in (auch für Monitoring und Fehlerdiagnose geeignet)
folgende drei Forschungs- und Entwicklungsfelder kategorisieren: • Reglerimplementierung und Validierung
1. Regelung von Biomasse-Konversionsanlagen Praxistaugliche Implementierung (in Zusammenarbeit mit den Unternehmens-
partnern)
2. R
egelung anderer Energiebereitstellungstechnologien und Prozesse
Prozesstechnische Bewertung des erzielten Regelungs- bzw. Betriebsverhaltens
3. Übergeordnete Regelung und Betriebsführung hybrider Energiesysteme
• Know-how-Transfer
Dabei wird danach getrachtet, die für das Betriebsverhalten wesentlichen dyna- Begleitung und Schulung von Unternehmenspartnern im Zuge der Entwicklung
mischen Eigenschaften mathematisch abzubilden, um sie als Grundlage zur Ent- (zur Marktreife)
wicklung modellbasierter Regelungsstrategien zu verwenden. Hierbei ist stets die
Entwicklung der Regelungskonzepte bis zur Marktreife das Ziel, um die dadurch
mögliche Effizienzsteigerung bzw. Reduktion von Schadstoffemissionen tatsäch-
lich in praktischen Anwendungen realisieren zu können.
20 bioenergy2020+ ideen mit zukunftHighlights „Regelungs- und Automatisierungstechnik“ Highlights „Regelungs- und Automatisierungstechnik“
Von der Grundlagenforschung Modulare Entwicklung –
bis zur Marktreife nicht nur für Biomasse
Mit der Entwicklung von modellbasierten Regelungen von Biomassefeuerungen be- Unabhängig von den verschiedenen Anwendungen basieren die für den Reglerent-
trat BIOENERGY 2020+ wissenschaftliches und technologisches Neuland. Die er- wurf herangezogenen mathematischen Modelle immer auf den Grundlagen der Wär-
forderlichen wissenschaftlichen Grundlagen mussten zunächst mithilfe einer haus- meübertragung, Strömungsmechanik, Thermodynamik – kurzum der Physik und der
internen Pilotanlage erarbeitet werden. Hierzu wurden mathematische Modelle zur Chemie. Daraus entstand im Laufe der Zeit ein umfassendes methodisches Wissen
Beschreibung aller relevanten Anlagenteile entwickelt und experimentell validiert. und somit ein Portfolio an Modellen für verschiedene Komponenten und Apparate.
In Zusammenarbeit mit einem namhaften österreichischen Kesselhersteller wurde Die Verwendbarkeit dieses Portfolios reicht weit über die Biomassenutzung hinaus.
die Regelung bis zur Marktreife weiterentwickelt. Parallel zur Entwicklung erfolgte Die selbe methodische Vorgehensweise wurde auch bei der Regelungsentwicklung
ein umfassender Know-how-Transfer zum Unternehmenspartner. Der betreffende sowie der Implementierung der Regelungen verfolgt. Neben der Wiederverwertbar-
Kesselhersteller ist nun in der Lage, seine Anlagen selbständig mit modellbasierten keit des erarbeiteten Wissens und Know-hows ergibt sich daraus insbesondere der
Regelungen auszustatten. Eine umfangreich instrumentierte Pilotanlage und das er- Vorteil einer starken Modularisierung der entwickelten Regelungen. Unseren Unter-
worbene wissenschaftliche Know-how von BIOENERGY 2020+ stehen für weitere nehmenspartnern bietet das den großen Vorteil, dass neu entwickelte Regelungen je
Entwicklungen zur Verfügung. n nach Bedarf mit bestehenden Regelungsmodulen kombiniert werden können. n
Verschiedene in Biomasseheizwerken adressierte Regelungsaufgaben –
Methodische Vorgehensweise ermöglicht Modularisierung
Beispielhafte Gegenüberstellung des Dampfdrucks eines Biomasse-Dampfkessels, der Dampf für Ansprechpartner:
die milchverarbeitende Industrie bereitstellt. (li: konventionelle Regelung; re: Stabilisierung durch
modellbasierte Regelung)
DI Dr. Markus Gölles
Tel: +43 (316) 873-9208
E-Mail: markus.goelles@bioenergy2020.eu
bioenergy2020+ ideen mit zukunft 21Area Manager: DI Dr. Ramin Mehrabian Bardar; Tel. +43 (316) 873-9232
ramin.mehrabian@bioenergy2020.eu
Key Researcher: Univ.-Prof. DI Dr. Christoph Hochenauer
SUBAREA 4.3 TU Graz, Institut für Wärmetechnik
Modellierung und Simulation
Scientific Advisor: Univ.-Prof. DI Dr. Robert Scharler
TU Graz, Institut für Wärmetechnik
Unsere Kompetenzen decken die Entwicklung, Validierung und Anwendung Leistungsbeschreibung SUBAREA 4.3
von innovativen Simulationswerkzeugen, die in der Bioenergiebranche für • Simulation der thermischen Konversion fester Biomasse
die Entwicklung und Optimierung von neuen Anlagen-Technologien einge- (Verbrennung, Vergasung, Pyrolyse, Torrefikation)
setzt werden, ab. Simulation der Rostfeuerungen mit detaillierten 3D-CFD-Festbettmodell; Modellierung
Wir haben langjährige Erfahrung in den Bereichen der CFD-Modellierung der wesentlichen Prozesse im Brennstoffbett, Simulation von Staubfeuerungen, Opti-
sowie der Durchführung von reaktionskinetischen und thermodynamischen mierung der Geometrie von biomassebefeuerten Kesseln und Öfen, Sensitivitätsana-
Simulationen. Diese Modelltechniken sind die Basis für die schrittweise und lyse der relevanten Einflussparameter auf den Abbrand der Biomasse am Rost
kontinuierliche Entwicklung von fortgeschrittenen multidimensionalen Model- • Analyse von aschebedingten Problemstellungen
len, mit dem letztendlichen Ziel, die virtuelle Biomasse-Konversionsanlage zu Untersuchung der Emission von groben Flugaschepartikeln (Silikat- und Salzpartikel)
entwickeln. und Feinstaub; Simulation der Depositionsbildung (Kondensation von aschebildenden
Die Modellentwicklung in der Area Modellierung und Simulation ist vom Be- Dämpfen sowie Ablagerung von Fein- und Grobstaub); Untersuchung der Hochtem-
darf in der Industrie getrieben und behandelt derzeit folgende Themenstel- peratur-Korrosion in biomassebefeuerten Kesseln
lungen: • Gasphasenreaktionen und Emissionen
>Thermische Konversion fester Biomasse Simulation der Gasemissionen (z. B. CO und NOx) in Biomassefeuerungsanlagen;
>Aschebedingte Probleme Hybrid-Modell für die Gasphasen-Verbrennung (für laminare, bis stark turbulente Strö-
mungen mit detaillierten Reaktionsmechanismen), Strähnen-Modell um die Wirkung
>Gasphasenreaktionen und Emissionen
von Gassträhnen aus dem Brennstoffbett auf Durchmischung und Reaktionsrate zu
>Maßgeschneiderte Softwareentwicklung
berücksichtigen; CFD-Modelle für die Bildung und Zerstörung von PAK und Ruß;
Neben der Entwicklung von Modellen hat BIOENERGY 2020+ langjährige Optimierung der Düsen zur Einblasung von Sekundärluft und rezirkuliertem Rauchgas
Erfahrung in der Anwendung der Modelle zur Unterstützung von Techno- •A
utomatisierung der CFD-Simulationen
logieentwicklungen und Anlagenoptimierungen. Diese Forschungsarbeiten Entwicklung eines Werkzeuges zur automatischen Durchführung von CFD-basierten
werden in enger Zusammenarbeit mit den anderen Areas des Zentrums und Parameterstudien zur Optimierung von Biomasse Feuerungen (Minimierung des Feue-
den Unternehmenspartnern durchgeführt, um möglichst zielgerichtete Simu- rungsvolumens, Reduktion des Luftüberschusses und des Rezirkulationsverhältnisses
lationen und eine effiziente und praxisgerechte Umsetzung der Simulations- (Wirkungsgrad, Betriebskosten), Reduktion der CO- und NOx-Emissionen sowie von
ergebnisse zu gewährleisten. Temperatur- und Rauchgas-Geschwindigkeitsspitzen)
•M
aßgeschneiderte Softwareentwicklungen und Schulungen
Entwicklung maßgeschneiderter Software basierend auf OpenFOAM und ANSYS
FLUENT sowie die Schulungen auf unterschiedlichem Niveau
22 bioenergy2020+ ideen mit zukunftSie können auch lesen
