Syngas, auch bekannt als Synthesegas, synthetisches Gas oder Erzeugergas, kann aus einer Vielzahl verschiedener kohlenstoffhaltiger Materialien hergestellt werden. Dazu können Biomasse (Holzgas), Kunststoffe, Kohle, Siedlungsabfälle oder ähnliche Materialien gehören. Historisch gesehen wurde Stadtgas im 20. Jahrhundert für die Gasversorgung vieler Haushalte in Europa und anderen Industrieländern verwendet. Gasmotoren, die Synthesegas als Brennstoff verwenden, können in einer Konfiguration mit Kraft-Wärme-Kopplung konfiguriert werden, um den Wirkungsgrad des Systems zu maximieren.
Synthesegas wird durch die Vergasung oder Pyrolyse von kohlenstoffhaltigen Materialien erzeugt. Bei der Vergasung werden diese Materialien unter kontrollierter Anwesenheit von Sauerstoff hohen Temperaturen ausgesetzt, wobei nur eine begrenzte Verbrennung stattfindet, um die thermische Energie zur Aufrechterhaltung der Reaktion bereitzustellen. Die Vergasung kann in künstlichen Behältern oder alternativ in-situ wie bei der unterirdischen Kohlevergasung (UCG) durchgeführt werden. Ist der dem Vergaser zugeführte Brennstoff neueren biologischen Ursprungs, z. B. Holz oder organische Abfälle, wird das vom Vergaser erzeugte Gas als erneuerbarer Brennstoff betrachtet, und die durch seine Verbrennung erzeugte Energie ist erneuerbar. Handelt es sich bei dem dem Vergaser zugeführten Brennstoff um einen Abfallstrom, so hat seine Umwandlung in Energie auf diese Weise den kombinierten Vorteil der Umwandlung dieses Abfalls in nützliche Produkte.
Vorteile der Syngasnutzung in Gasmotoren
- Erzeugung von erneuerbarem Strom
- Umwandlung von problematischen Abfällen in nützliche Brennstoffe
- Wirtschaftliche Stromerzeugung vor Ort Stromerzeugung vor Ort und verringerte Übertragungsverluste
- Reduzierung der Kohlenstoffemissionen
Herausforderungen bei der Synthesegaszusammensetzung
Die Zusammensetzung des Synthesegases hängt in hohem Maße von den Einsatzstoffen des Vergasers ab. Eine Reihe von Bestandteilen des Synthesegases verursachen Probleme, die von Anfang an berücksichtigt werden müssen, darunter Teer, Wasserstoffgehalt und Feuchtigkeit. Wasserstoffgas verbrennt viel schneller als Methan, das die normale Energiequelle für Gasmotoren ist. Unter normalen Umständen würde die schnellere Verbrennung in den Motorzylindern zu Vorzündungen, Klopfen und Rückzündungen führen. Um dem entgegenzuwirken, wurde der Motor technisch modifiziert und seine Leistung auf 50-70 % seiner normalen Erdgasleistung reduziert. (D.h. ein 1.063 kW-Motor, der mit Erdgas betrieben wird, ist vergleichbar mit einem maximal 730 kW-Motor, der mit synthetischem Gas betrieben wird).
Zusammensetzung des Synthesegases
Die folgende Tabelle enthält eine typische Bandbreite für die Zusammensetzung von Synthesegasen. Diese hängt von der spezifischen chemischen Zusammensetzung des dem Vergaser zugeführten Materials ab
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Stoff |
Zusammensetzung (%) |
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H2 |
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CO |
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CO2 |
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CH4 |
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N2 |
Syngas- und Brenngasqualitätsanforderungen
Eine breite Palette von Wasserstoffgasen kann in Gasmotoren verwendet werden. Wie bei allen Motorkraftstoffen gibt es jedoch spezifische Grenzwerte für verschiedene Bestandteile des eingesetzten Brenngases. Gasverunreinigungen im Synthesegas, vor allem Teer und Feuchtigkeit, sind eine der größten technischen Herausforderungen bei der Nutzung synthetischer Gase. Für weitere Informationen fordern Sie bitte die technische Anleitung zur Brenngasqualität an.
Syngas-BHKW-Motorkonzept
Variierende Zusammensetzungen sowie Brennwerte und das Verbrennungsverhalten der Gase aus Synthesegasprozessen stellen erhöhte Anforderungen an die Motorkonstruktion. Clarke Energy bietet speziell modifizierte Jenbacher Gasmotoren an, die diese Gase effizient zur kombinierten Erzeugung von Wärme und Strom nutzen. Zu den besonderen Merkmalen dieser Motoren können Flammensperren zur Verhinderung von Rückzündungen und spezielle Gasmischer zur Verbesserung der Gasmischung und zur Erhöhung der Robustheit gegenüber Verschmutzung gehören. Im Allgemeinen ist Holzgas aufgrund seiner stabilen Zusammensetzung als Motorkraftstoff vorteilhaft. Der hohe Wasserstoffgehalt einiger Synthesegase führt jedoch zu einer sehr schnellen Verbrennung, was die Gefahr von Vorzündungen, Klopfen oder Rückzündungen im Motor erhöht. Um dieses Risiko zu vermeiden, hat Jenbacher ein Motorsteuerungssystem entwickelt, das in der Lage ist, den Jenbacher-Motor mit einem sehr mageren Gemisch zu betanken und gleichzeitig sehr schnell auf Schwankungen der Motorlast zu reagieren. Einige synthetische Gase haben einen hohen Kohlenmonoxidgehalt, der eine niedrige Verbrennungsgeschwindigkeit hat und sehr schädlich ist. Jenbacher hat ein spezielles Gasmotor-Verbrennungssystem entwickelt, das eine effiziente und zuverlässige Verbrennung des Gases ermöglicht. Zusätzlich bietet Clarke Energy & Jenbacher ein Sicherheitstechnologiepaket an, das einen sicheren Umgang mit schädlichen Gasen wie Kohlenmonoxid ermöglicht. Syngas kann zur Erzeugung von Heißwasser, Dampf und Strom verwendet werden. Das heiße Wasser und die Abgase aus den Motoren werden in Heizkessel geleitet. Der entstehende Dampf kann in anderen lokalen Industrieprozessen verwendet werden. Die von den Jenbacher-Gasmotoren erzeugte Elektrizität kann entweder vor Ort genutzt oder an das öffentliche Netz verkauft werden. Mit Jenbacher-Gasmotoren können elektrische Wirkungsgrade von 37% und mehr erreicht werden
Vorteile Die Versorgung von Gasmotoren mit Syngas
- Unabhängige Stromversorgung
- Reduzierte Energiekosten und größere Vorhersagbarkeit und Stabilität
- Effiziente und wirtschaftliche kombinierte Wärme- und Stromversorgung
- Hoher elektrischer Wirkungsgrad im Vergleich zu anderen Stromerzeugungstechnologien (z.B. Dampf- oder Gasturbinen)
- Best geeignet für einen elektrischen Leistungsbereich von einigen hundert kW bis zu 20-30MW
- Niedriger Gasdruck erforderlich
- Alternative Entsorgung eines Problemgases bei gleichzeitiger Nutzung als Energiequelle
- Ersatz für konventionelle Brennstoffe
- Umweltvorteile durch Treibhausgasreduzierung
Synthesegas-Kompetenz
Clarke Energy verfügt über umfassende Erfahrungen mit der Gasmotorentechnik und hat einen großen Wissensschatz im Umgang mit heiklen Gasen wie Synthesegas. Rund 30 Jenbacher-Gasmotoren laufen inzwischen mit Koksgas oder LD-Konvertergas. Die technische Kompetenz von Jenbacher wird dadurch unterstrichen, dass diese Aggregate kürzlich zusammen mehr als 1 Million Betriebsstunden erreicht haben. Darüber hinaus haben die mit Jenbacher-Technologie ausgerüsteten Standorte durch die Nutzung dieser „kostenlosen“ Abgase im Vergleich zur Verwendung von Erdgas zur Stromerzeugung seit der Inbetriebnahme CO2-Einsparungen von rund 2 Millionen Tonnen erzielt. Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie Clarke Energy Sie bei der Entwicklung Ihres Deponiegasprojekts unterstützen kann, wenden Sie sich bitte an Ihr lokales Büro, um weitere Einzelheiten zu erfahren.