Oxy-Fuel Feuerung alternativer (nicht fossiler) Brennstoffe im Hinblick auf Below Zero Emission Technologie (BZET)

Ähnlich wie der industrielle Ausstoß bestimmter Luftschadstoffe (SO2, NOx, etc.) während der vergangenen Jahrzehnte bereits wesentlich reduziert wurde, muss als ein weiterer Schritt der industriellen und gesellschaftlichen Entwicklung auch die unkontrollierte Emission von klimawirksamem CO2 überwunden werden. OxyFuel wird derzeit als Schlüsseltechnologie zur effizienten Abscheidung von CO2 bei der Verbrennung von fossilen Energieträgern (Kohle) intensiv diskutiert. Während Kohle als Primärenergieträger in Österreich eine vergleichsweise geringe Rolle spielt, birgt speziell die Ausweitung des Brennstoffspektrums auf andere Brennstoffe wie Biomassen oder Abfallbrennstoffe ein Potenzial zur Treibhausgasemissionsreduktion am heimischen Energiesektor. Auch aus strategischen Gesichtspunkten ist die Untersuchung von Alternativbrennstoffen unter OxyFuel-Bedingungen derzeit im Schatten der großen Kohle-Projekte sehr interessant. Das vorgestellte Projekt zielt auf die Erhebung von anwendungsorientierten Grundlagen zur Realisierung von auf CO2 Abscheidung ausgerichteten (capture ready) Abfallverbrennungsanlagen. Da bei der OxyFuel-Technologie nicht Luft mit einem fest vorgegebenen O2-Gehalt zum Einsatz kommt kann in der synthetischen Mischung aus Rein-O2 und Verbrennungsabgas der O2 Gehalt variiert werden. Dies stellt einen zusätzlichen Freiheitsgrad dar, der besonders bei der Umsetzung schlecht brennbarer Reststoffe neue Möglichkeiten bietet. So kann beispielsweise bei der Klärschlammverbrennung auf die derzeit notwendige Zufeuerung von Schweröl verzichtet werden. Der Wegfall des Luftstickstoffs erlaubt zudem die exergetische Optimierung der Prozessführung ohne die Gefahr der Bildung thermischer Stickoxide. Im Projekt werden Brennstoffe im Bezug auf das technische Potenzial am österreichischen und europäischen Markt und auf die grundlegenden physikalischen Eigenschaften hin ausgewählt und mit standardisierten Analyseverfahren charakterisiert. Es wird davon ausgegangen, dass Holz- und Altholzfraktionen, unterschiedliche Müllfraktionen sowie Klärschlamm als Brennstoffe zum Einsatz kommen werden. Eine bestehende 100 kW OxyFuel Wirbelschicht-Versuchsanlage wird um eine Brennstoffzuführung für die Alternativbrennstoffe erweitert. Variiert werden unter Anderem die Betriebstemperatur, der Sauerstoffgehalt im Oxidationsgas, der Sauerstoffgehalt im Abgas (Luftüberschuss), der Feststoffumlauf und die im Zusammenspiel mit Lastvariationen auch die Fluidisierungsbedingungen (Wirbelschichtregime). Auf Basis der experimentellen Ergebnisse während der Variation von Betriebsparametern werden semi-empirische Zusammenhänge formuliert, die als Modellgleichungen eine prädiktive Simulation der Versuchsanlage erlauben. Das mit Versuchsergebnissen validierte Modell der OxyFuel Wirbelschicht steht als Engineeringwerkzeug zur Verfügung. Eine techno-ökonomische Detailbewertung der Umrüstung einer bestehenden industriellen Klärschlammfeuerungsanlage samt Abklärung der Behördenauflagen dient als Entscheidungsgrundlage über eine möglicherweise an das Projekt anschließende tatsächliche Umrüstung der betreffenden Anlage. Daneben dient diese Untersuchung auch als Fallbeispiel für die Realisierung von auf CO2 Abscheidung ausgerichteten (capture ready) Anlagen in Österreich.