Zur Herstellung von Synthesegas werden in der Regel fossile Brennstoffe wie Kohle und Öl vergast, also unter geringer Sauerstoffzufuhr hohen Temperaturen ausgesetzt. Je nach Einsatzstoff entstehen unterschiedliche Gasgemische, meist mit Wasserstoff und Kohlenmonoxid als Hauptbestandteilen. Das Synthesegas ist wird für die Synthese chemischer Grundstoffe genutzt, wie zum Beispiel Methanol. Grundsätzlich kann man statt Kohle oder Öl auch biogene Rest- oder Rohstoffe als Ausgangsmaterial nutzen. „Allerdings sind diese in ihrer Zusammensetzung deutlich heterogener als Regelbrennstoffe wie etwa Öl. Das stellt große Herausforderungen an den Prozess, um ein gleichbleibend hochwertiges Gas zu erzeugen“, sagt Professor Christian Malek vom Metabolon Institut der TH Köln. Deshalb wollen die Forschenden einiges am Prozess ändern, um auch aus Biomasse ein definiertes Synthesegas erzeugen zu können.

Zusammensetzung des Synthesegases soll sich im Prozess einstellen lassen

Bei der herkömmlichen Vergasung wird während des Verfahrens Umgebungsluft zugeführt. Der darin enthaltene Stickstoff findet sich auch im Synthesegas. Dieses muss daher aufwändig gereinigt werden. Das Team der TH Köln will daher mit reinem Sauerstoff aus einer Elektrolyse-Anlage arbeiten. Den Wasserstoff aus der Elektrolyse wollen sie ebenfalls bei der Biomasse-Vergasung einsetzen. Er soll nach Bedarf in einem späteren Schritt zudosiert werden. So soll es möglich sein, das Synthesegas zur Herstellung verschiedener chemischer Grundstoffe oder als Energieträger zu nutzen.

In Experimenten wollen die Forschenden testen, wie sich die Synthesegas-Erzeugung aus verschiedenen biogenen Rohstoffen in der Praxis steuern lässt. „Wenn wir mit Ernterückständen oder Bambus als Ausgangsmaterial arbeiten, stellt dies völlig andere Anforderungen an das Verfahren als bei den erprobten fossilen Brennstoffen. Uns stehen sehr viele Stellschrauben und Spezifikationen in der eigentlichen Produktion und den nachgeschalteten Prozessen zur Verfügung, um ein ideales Verhältnis der Gaskomponenten zu erreichen“, sagt Malek. Drei wichtige Stellschrauben im Prozess der Vergasung sind Temperatur, Verweilzeit und Sauerstoffkonzentration.

Das Synthesegas soll zunächst eine mehrstufige Gasreinigung durchlaufen. Im Anschluss soll noch ein Wassergas-Shift-Reaktor folgen. Dabei wird Wasserdampf zugeführt, der mit dem Kohlenmonoxid (CO) zu Kohlendioxid (CO2) und Wasserstoff reagiert. Hier kommt der Wasserstoff aus der Elektrolyse ins Spiel, der bei Bedarf zudosiert werden kann.

Anlage für Synthesegas aus Biomasse soll kommerzielles Produkt werden

Am Ende des Vorhabens soll der Nachweis stehen, dass mit diesem Verfahren qualitativ hochwertiges, grünes Synthesegas hergestellt werden kann. Auch eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und eine Bewertung der Nachhaltigkeit geben.  

Die Anlage mit allen Komponenten soll zuerst im Labormaßstab aufgebaut werden, dann auf einen halbtechnischen Industriestandards skaliert und erprobt. Ziel sei ein integriertes Gesamtsystem, das interessierte Unternehmen später von den Industriepartnern der TH Köln kaufen können.

Am Projekt Synelgas arbeiten neben drei Institute der TH Köln auch der Elektrolyse-Anbieter WEW, das Ingenieurbüro Bioenergy, der Entsorgungsbetrieb Brockhaus Lennetal, der auf biogene Reststoffe spezialisierte Anlagenbauer A.H.T. Syngas und der Bergische Abfallwirtschaftsverband. Über die Projektlaufzeit von viereinhalb Jahren fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung das Vorhaben im Rahmen des Programms FH-Kooperativ mit rund 1,4 Millionen Euro.

Es gibt viele Ansätze, mit modernen Verfahren Reststoffe energetisch zu nutzen. Ein weiteres Beispiel ist der Versuch, durch Pyrolyse Kraftstoffe aus Klärschlamm zu gewinnen.

Quelle: TH Köln | www.solarserver.de © Solarthemen Media GmbH