Projekt 20908/01

Wirtschaftliche Realisierung der Flashpyrolyse von Altholz mit anschließender energetischer Verwertung in einem BHKW (BOP = BIO OIL TO POWER)

Projektdurchführung

PYTEC GmbH Thermochemische Anlagen
Bahnhofstr. 7
21337 Lüneburg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer containerisierten Prototypanlage für das Flashpyrolyseverfahren, zur energetischen Umsetzung von organischen, insbesondere lignocellulosischen Roh- und Reststoffen. Diese Stoffe, bevorzugt industrielle, land- und forstwirtschaftliche Roh- und Reststoffe (Altholz, Stroh, Sägespäne, Kunststofffolien etc) werden pyrolysiert, d. h., unter Ausschluss von Sauerstoff in Gas, Öle und Feststoffe mit hohem Energiegehalt zerlegt, wobei das gewonnene Pyrolyseöl anschließend in einem BHKW energetisch verwertet werden soll. Das Verfahren bietet weitreichende Möglichkeiten der energetischen Nutzung von Biomasse. Die Flash-Pyrolyse wäre nicht nur mit Holz/Abfallholz, sondern auch mit anderer Biomasse oder Abfällen mit geringem Feuchteanteil möglich. Neben der CO2 neutralen Stromerzeugung in kleineren dezentralen Anlagen bietet sich auch die Aufbereitung des Pyrolyseöles für die Erzeugung von synthetischen Kraftstoffen aus Biomasse an. Weiter ergeben sich Chancen zur Gene-rierung von Emissionszertifikaten im Rahmen des zukünftigen Emissionsrechtehandels.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAP 1. Auslegung, Konstruktion; Bau der Pyrolyseanlage
Im Arbeitspaket 1 wird eine Pilotanlage zur Altholzpyrolyse nach dem ablativen Prinzip mit einer Kapazität von 6 tato Altholz errichtet. TEC ist mit der Konstruktion betraut und kann auf die grundlegenden Erfahrungen beim Bau der Laboranlage zurückgreifen. Dazu wird auf der Basis der vorhandenen Laboranlage ein Upscaling durchgeführt und die Konstruktion der Anlage an die veränderten Anforderungen ange-passt. Das Eintragssystem wird modifiziert und den Bedingungen des Rohstoffes angepasst. PYTEC und BFH werden aufgrund ihrer gewonnenen Erfahrungen bei der Konstruktion mitwirken. PYTEC und BFH werden beim Bau die Auslegungsdaten und Materialspezifikationen vorgeben.
AP 2. Modifikation eines Dieselmotors für den Betrieb mit Bio-Öl
Im Arbeitspaket 2 wird ein Dieselmotor so umgebaut, dass er eine für den Testbetrieb ausreichende Standzeit erreicht. Projektiert ist ein Wartungsintervall von ca. 500 Betriebsstunden. Die Lebensdauer des Aggregates soll bei etwa 40.000 Betriebsstunden liegen. Dann erfolgt entweder eine große Revision, oder das Aggregat wird durch eine neues ersetzt. Es soll eine Kraftstoffaufbereitung konstruiert werden, die Polymere aus dem Zulauf der Pumpe herausfiltert bzw. Leckkraftstoff so aufbereitet, dass dieser Leckkraftstoff wieder verwendet werden kann. Die Anpassung der Viskosität soll durch ständige Zumischung von Methanol erfolgen. Die Einspritzeinrichtung soll so verändert werden, dass die Bauteile der Aggressivität des Kraftstoffes gewachsen sind. Einspritzdrücke, Volumina und Steuerzeiten sollen den veränderten Kraftstoffeigenschaften angepasst werden.
AP 3. Probelauf
Nach Fertigstellung der einzelnen Komponenten der Anlage bei den Herstellern werden diese abgenommen und als Gesamtsystem am Versuchsstandort aufgebaut. Dabei wird vor allem die Betriebskoordination der Teilanlagen überprüft. Die Prozessregelung muss diesen Anforderungen entsprechen und den Pyrolyseprozess automatisch regeln, die Leistungsregelung des nachfolgenden motorischen Stromerzeugers muss ebenfalls die Leistung automatisch den sich ändernden Bedingungen anpassen.
AP 4. Charakterisierung und Analyse von Rohstoffen und Pyrolyseprodukten
Nach der Auswahl der Einsatzstoffe werden diese analysiert, um später die Massenbilanzen aufstellen zu können. Zum Analysenumfang zählen die Feuchte, die Elementarzusammensetzung (C,H,O,N), Schwermetalle, Asche. Die Pyrolyseprodukte werden eingehend untersucht. Vom Bio-Öl werden die physikalischen Kenndaten wie Wassergehalt, Viskosität, Feststoffanteil, Ascheanteil, Elementarzusammensetzung, Heizwert, pH-Wert u. a. ermittelt. Darüber hinaus wird die chemische Zusammensetzung analysiert, um die Verwendung im Motor zu optimieren und um Handling und Transportmaßnahmen zu erleichtern. Die Kohle wird elementaranalytisch untersucht, sowie der Gehalt an Asche und Schwermetallen be-stimmt. Die Zusammensetzung der Produktgase wird stichprobenartig untersucht.
AP 5. Wirtschaftliche Bewertung
Die Abschätzung der Wirtschaftlichkeit, mit der eine Pyrolyseanlage gewerblich betrieben werden kann, wird in Abhängigkeit unterschiedlicher Anlagengrößen mit Hilfe der statischen Kennzahlen Gesamtkapitalrentabilität und Amortisationsdauer durchgeführt.
Dazu werden die Kosten für den Betrieb und die Anschaffung der Pyrolyseanlage sowie die Umsatzerlöse ermittelt
AP 6. Statustreffen und Berichte
Zum reibungslosen Ablauf des Projektes ist die Durchführung von regelmäßigen Treffen zum Informations- und Erfahrungsaustausch notwendig. Es ist daher alle 3 Monate ein Statustreffen mit den Partnern vorgesehen. Darüber hinaus wird von PYTEC sichergestellt, dass auch zwischen den Treffen ein reger Informationsaustausch per Telefon oder e-Mail sichergestellt wird. Von den Statustreffen wird ein Protokoll angefertigt. Am Ende des Projektes wird ein Abschlussbericht erstellt


Ergebnisse und Diskussion

Die Konstruktion der Pyrolyseanlage, sowie die Umrüstung eines Dieselaggregates verliefen erfolgreich. Die bei Neuentwicklungen üblichen Schwierigkeiten konnten während der Phase des Probelaufes weitgehend ausgeräumt werden. Der 100 - h - Dauerbetrieb wurde noch nicht abgeschlossen.
Erste Analysen der Produkte lassen vermuten, dass eine Nachbehandlung des Öles aufgrund des hohen Wassergehaltes sinnvoll sein könnte. In diesem Fall würde eine Art Trocknung nachgeschaltet werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Vorträge:
Biomassetagung, Bergakademie, Freiberg, Sachsen, 2004
Science in Thermochemical Biomass Conversion, Vancouver, 2004
DGMK Fachtagung Energetische Nutzung von Biomassen, Velen VI, 2004
Dechema, Frankfurt, 2005
DGMK-Sitzung, Clausthal-Zellerfeld, 2005
FEE, Sitzung des AK Vergasung, 2005
VDI-GVC-Sitzung, Uni-Karlsruhe, 2005
PR-Veranstaltung mit dem Hause Habsburg, Hamburg, 2005
BFH Tag der offenen Tür, Hamburg, 2005
ACHEMA, Frankfurt, 2006
Fachtagung Thermochemische Umwandlung von Biomassen, FH Flensburg, 2006
ThermalNet Meeting, Lille, Frankreich, 3. - 6. April 2006
Int. Tagung Pyrolysis 2006, Budapest, 2006
GDCh Ortsgruppe, Uni Rostock 2006
VDI-Lüneburg, 2006
DGMK Fachtagung Energetische Nutzung von Biomassen, Velen VII,.2006
4. Pflanzenölfahrertreffen, Rosenow, Deutschland, 30.09.2006
Biorefinica, Osnabrück, Deutschland, 11. - 12. Oktober 2006

Messen:
IFAT München, 2002, Stand PYTEC - MEL
Hannover Messe, Energy 2005, Stand Land Niedersachsen
LIGNA, Hannover 2005
Hannover Messe, Energy 2006, Stand Land Niedersachsen
TUTECH Chancen und Perspektiven der Nutzung von Bioenergie in Form von Biokraftstoffen
Hamburg, 17. März 2006

Publikationen :
PYNE - Newsletter - Issue 17: New ablative Pyrolyser in Operation in Germany
Meier, D., S. Schöll, and H. Klaubert. 2004. Patentanmeldung: Verfahren und Vorrichtung zur Pyrolyse von Biomasse Patent WO 2004/076591 A1. Date Issued: 10.09.2004 2004.
Meier, D., S. Schöll, H. Klaubert, and J. Markgraf. 2006. Betriebsergebnisse der ersten BTO-Anlage zur ablativen Flash-Pyrolyse von Holz mit Energiegewinnung in einem BHKW, p. 115-120 DGMK-Fachbereichstagung Energetische Nutzung von Biomassen, 24. - 26. August 2006. DGMK, Velen.
Schöll, S., H. Klaubert, and D. Meier. 2004. Holzverflüssigung durch Flash-Pyrolyse mit einem neuartigen ablativen Pyrolysator, p. 47-54 DGMK Tagungsbericht 2004-1 Beiträge zur DGMK-Fachbereichstagung Energetische Nutzung von Biomassen, 19.-21.April 2004 in Velen/Westf.
Schöll, S., H. Klaubert, and D. Meier. 2006. Bio-oil from a new ablative pyrolyser, p. 1372-1378, In A. V. Bridgwater and D. G. B. Boocock, eds. Science in Thermal and Chemical Biomass Conversion, Vol. 2. CPL Press, Newbury, UK.


Presse:
Hamburger Abendblatt - 17. März 2006 - Holzhackschnitzel als Ölquell


Fazit

Durch die realisierte Pilotanlage konnte die PYTEC genügend Erfahrung sammeln, um die Serienfertigung der entwickelten Anlage anzugehen