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Energienews


28.08.2020

Motor aus Pilotprojekt steigert Effizienz von BHKW

Forscher haben in einem Projekt einen Gasmotor für wasserstoffhaltige Brenngase für ein Blockheizkraftwerk (BHKW) modifiziert und durch ein neuartiges Reformermodul ergänzt und mit Biogas-Modellgasen erfolgreich betrieben. Der elektrische Wirkungsgrad war 7 Prozent höher.

Projektpartner waren ECC Automotive, OWI Science for Fuels und der Lehrstuhl Technische Thermodynamik der Universität Siegen.  Die Steigerung des elektrischen Wirkungsgrads an. Dies wurde durch Energierückgewinnung aus dem Motorabgas erreicht. Prozesstechnisch erfolgte die Abgaswärmenutzung durch thermochemische Rekuperation, die aus einem Biogas mit variablem Kohlenstoffdioxid-Anteil ein wasserstoffhaltiges Synthesegas erzeugt. Dafür wurde im Projekt ein Labor-System aufgebaut, in dem ein dafür optimierter Verbrennungsmotor mit einem Reformermodul von 40 kW Brennstoffleistung gekoppelt war.

Überschüssige Wärme aus dem Gasmotor, die im Normalfall ungenutzt in die Umgebung entweicht, wurde in der Reformereinheit auf das Biogas-Wasserdampf Gemisch übertragen. Dabei entstand ein wasserstoffhaltiges Brenngas, das einen höheren Energiegehalt (Heizwert) als Biogas hatte, denn die überschüssige Wärme wurde teilweise im Brenngas chemisch gebunden. Das so erzeugte Synthesegas wurde anschließend wieder dem Motor zugeführt. Dies ermöglichte eine höhere Ausbeute an mechanischer Leistung und an elektrischem Strom. Die Rückgewinnung der Wärmeenergie führte so zu einem höheren elektrischen Wirkungsgrad des Systems.

Bis zu 12 Prozent der Abgasenergie konnten durch den Reformierungsprozess chemisch gebunden werden. Ausschlaggebend hierfür war die Abgastemperatur. Unabhängig von der Biogaszusammensetzung ergaben sich bei Abgastemperaturen über 700 °C Rekuperationsgrade über 10  Prozent. Das entspricht einer Heizwertsteigerung des Brenngases um 10 Prozent. 

Die Integration der Reformertechnologie bedeute für den BHKW-Betrieb mehr Flexibilität durch längere Laufzeiten bis in den Sommer und eine deutlich höhere Wirtschaftlichkeit entsprechend der Steigerung des elektrischen Systemwirkungsgrads, so die Forscher in einer ersten Auswertung.  

Die größte Hürde bildet aktuell noch die durch schwefelhaltige Verbindungen im Biogas stark reduzierte Standzeit des Reformers. Um den apparativen Aufwand sowie die Kosten einer Feinentschwefelung zu umgehen, entwickelt OWI gemeinsam mit Partnern im Rahmen des aktuellen Forschungsprojekts „Entwicklung eines thermochemischen Rekuperators“ eine Regenerationsstrategie für den Reformer. Darin ist auch die Demonstration eines auf 150 kW hoch skalierten Reformers im Kopplungsbetrieb mit einem BHKW vorgesehen. Quelle: OWI / pgl




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