Nanoskalige Sauerstoff-Carrier verbessern die Verbrennung gasförmiger Brennstoffe

Wissenschaftler des IUTA entwickeln ein Verfahren zur Verbrennung gasförmiger Brennstoffe, bei dem nanoskalige Sauerstoff-Carrier aus Eisenoxiden den Verbrennungssauerstoff bereitstellen. Die Sauerstoff-Carrier sind auf einem porösen Träger immobilisiert, der vom Brenngas durchströmt wird. Dabei erfolgt die Regeneration der O2-Carrier durch Oxidation mit durchströmender Luft.

Das CLC-Festbettverfahren mit nanoskaligen O2-Carriern bietet gegenüber konventionellen Gasbrennern folgende grundsätzlichen Vorteile:

  • Die exotherme Regeneration der O2-Carrier im Luftreaktor stellt bei CLC-Verfahren die nutzbare thermische Energie zu Verfügung. Hierfür wird eine vergleichsweise geringe Menge Luft benötigt. Daraus resultiert ein besserer feuerungstechnischer Wirkungsgrad der CLC-Verbrennung gegenüber konventionellen Gasbrennern. Für eine Brennkammer mit einem 10 kWth CLC-Festbettbrenner mit FexOy-Sauerstoffcarriern wurde bei identischer Abgastemperatur (200 °C, cp = const.) eine Steigerung des feuerungstechnischen Wirkungsgrades um 8 %-Punkte gegenüber einem konventionellen Gasbrenner (Luftverhältnis = 1,1) ermittelt.
  • Bei Gasfeuerungen bildet sich überwiegend thermisches NOx aus Verbrennungsluft. Durch den Verzicht auf Verbrennungsluft wird beim CLC-Verfahren daher die NOx-Bildung weitgehend unterbunden.
  • Da das zu oxidierende Gas bzw. die Luft durch die poröse Trägerstruktur mit den Nanopartikeln (NP) geleitet wird und dort eine O2-Austauschreaktion stattfindet, bildet sich keine Flammenfront. Fluktuierende Gaszusammensetzungen werden damit voraussichtlich besser toleriert und eine Flammenstabilisation durch MSR-Technik kann entfallen.
  • Das Abgas aus dem Brennstoffreaktor besteht ausschließlich aus CO2 und H2O. Damit bietet sich die Option, in kleinen, dezentralen Einheiten, wie Blockheizkraftwerken (BHKW), das CO2 abzuscheiden und einem Verwertungsprozess z. B. zur Methan- oder Methanolsynthese zuzuführen.

Hauptanwendungsgebiete des neuen Verfahrens sollen nach weiteren Entwicklungen einerseits die Energieerzeugung aus Erd- oder Biogas im derzeitig unteren Leistungssegment von Gasbrennern sein.

Das Verfahren bietet nach erfolgreichem Scale-up auch Entwicklungsoptionen für weitere Anwendungen in der Energietechnik wie z. B. in Brennkammern für Gasturbinen mit und ohne Abwärmenutzung sowie in Brennern für Industrieöfen. Das zu entwickelnde CLC-Festbettverfahren soll Anwendungen in der dezentralen Energieversorgung in BHKW, in Kesseln zur Warmwasser- oder Dampferzeugung, in Heißgaserzeugern, in Industriebrennern z. B. für Öfen aber auch in gasbetriebenen Infrarotheizungen (z. B. zur Hallenheizung) bzw. -strahlern (z. B. für industrielle Trocknungsprozesse) finden.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Monika Vogt
vogt@iuta.de
Tel. +49 20 65 / 418-180

Aktuelle Projekte

IGF-Forschungsprojekt 17738 N:
Entwicklung eines Festbettverfahrens für die Chemical Looping Verbrennung unter Verwendung nanoskaliger O2-Carrier
Laufzeit: 01.04.2015 - 31.03.2018