Gesamtvorhaben SFB/Transregio 129 Oxyflame

Urheberrecht: © WSA Entwicklung von Methoden und Modellen zur Beschreibung der Reaktion fester Brennstoffe in einer Oxyfuel-Atmosphäre

Der weiterhin steigende Energiebedarf und die weltweit anhaltend steigende Deckung dieses Bedarfs aus fossilen Brennstoffen steht in starkem Kontrast zur benötigen Reduktion von CO₂-Emissionen. Dabei gewinnt gleichzeitig die Energiebereitstellung aus Biomassefeuerung – sowohl durch die Beimischung in als auch durch den vollständigen Ersatz von konventioneller Kohlefeuerung – zunehmend an Bedeutung. Die Szenarien des IPCC-Berichtes (IPCC = Intergovernmental Panel on Climate Change) machen dabei die Notwendigkeit des Bedarfs an CCUS-Technologien (CCUS = Carbon Capture Usage and Storage) deutlich, so dass insbesondere BECCUS-Lösungen (BECCUS = Bio Energy Carbon Capture Usage and Storage) nach derzeitigem Stand bereits in naher Zukunft benötigt werden, um sowohl die notwendige Reduktion von CO₂-Emissionen zu erreichen, als auch die in naher Zukunft zu erwartenden zusätzlichen CO₂-Emissionen nachträglich wieder der Atmosphäre entziehen zu können.

Die in diesem Projekt untersuchte Oxyfuel-Verbrennung stellt eine der vielversprechendsten Technologien zur CO₂-Abscheidung dar. Im Oxyfuel-Verfahren wird der Brennstoff anstelle von Luft in einem Gemisch aus Sauerstoff und rezirkuliertem Abgas verbrannt. Hierdurch entsteht ein Abgas mit bereits sehr hohem CO₂-Anteil, das in wenigen Folgeschritten für die weitere Nutzung aufbereitet werden kann. Während der Schwerpunkt des Forschungsprojekts in den letzten Jahren darin bestand, die Auswirkungen der veränderten Reaktionsatmosphäre (CO₂/O2 vs. Luft) auf die Verbrennung von Kohle zu untersuchen, wird in dieser Förderperiode die Verbrennung verschiedener Biomassen in den Fokus gerückt. Dabei werden die in den vorherigen Förderperioden entwickelten Versuchsstände, Messtechniken und die gewonnenen Erkenntnisse hinsichtlich der physiko-chemischen Modellbildung genutzt und für die Biomasseverbrennung in einer Oxyfuel-Atmosphäre weiterentwickelt.

Diese stark interdisziplinären Fragestellungen werden zusammen mit Wissenschaftlern der RWTH Aachen University, der Ruhr Universität Bochum und der TU Darmstadt bearbeitet. Das übergeordnete Ziel ist es, ein numerisches Werkzeug zu entwickeln, mit dessen Hilfe die mathematische Beschreibung der Oxyfuel-Verbrennung in großskaligen Anlagen für ein breites Brennstoffspektrum möglich ist. Detaillierte Experimente unterschiedlicher Komplexität ermöglichen die Erarbeitung eines grundlegenden Verständnisses der beteiligten Prozesse und deren Abhängigkeit von den jeweiligen Einflussparametern – von der Mikroskala bis hin zur skalenübergreifenden Interaktion. Elaborierte Verbrennungsuntersuchungen auf unterschiedlichen Skalen liefern u.a. wichtige Daten zur Validierung numerischer Simulationen, so dass final verlässliche Berechnungsgrundlagen zur Verfügung gestellt werden können, die die Entwicklung und Auslegung von Brennern und Feuerräumen für Oxyfuel-Kraftwerke mit Feststoffverbrennung stark vereinfachen. Die Verringerung des zu betreibenden experimentellen Aufwandes bei einer Neuauslegung ergibt damit eine deutliche Reduktion des Zeitaufwands bei der Kraftwerksentwicklung.