Die strategischen Zielsetzungen von COMET sind der Aufbau neuer Kompetenzen durch die Initiierung und Unterstützung einer langfristig ausgerichteten Forschungszusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Wirtschaft auf höchstem Niveau sowie der Aufbau und die Sicherung der Technologieführerschaft von Unternehmen. Durch die Weiterentwicklung und Bündelung existierender Stärken und die Einbindung von internationalem Forschungs-Know-how soll der Forschungsstandort Österreich nachhaltig gestärkt werden.

Das Kompetenzzentrum BEST - Bioenergy and Sustainable Technologies GmbH wird im Rahmen von COMET - Competence Centers for Excellent Technologies durch BMK, BMAW und die Länder Wien, Niederösterreich und Steiermark gefördert. Das Programm COMET wird durch die FFG abgewickelt.

Als Bindeglied zwischen akademischer Forschung und industrieller Technologieentwicklung ist es unsere Vision, nachhaltige und zirkuläre Bioraffinerieprozesse und -technologien zur Herstellung von grünen Gasen, grünen flüssigen Kraftstoffen und grünen Produkten zu entwickeln und zu demonstrieren, um den Übergang zu einer klimaneutralen und von fossilem Kohlenstoff freien Wirtschaft zu unterstützen. Daher wird die Ressourcenbasis auf organische Reststoffe, Abfälle und CO2 erweitert. Umwandlungstechnologien werden weiterentwickelt oder neu konzipiert, um einen effizienten und wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen und eine angemessene Systemintegration der Wertschöpfungskreisläufe auf Basis neuer Rohstoffe zu ermöglichen. Durch die Nutzung unserer hervorragenden experimentellen Einrichtungen, die vom Labor bis zur Pilot- und Demonstrationsanlage reichen, ist es unser Ziel, angewandte Forschung von höchster wissenschaftlicher Qualität durchzuführen.

Fortschrittliche digitale Methoden setzen wir für die Technologieentwicklung ein und nutzen diese auch für die Basisautomatisierung, die Optimierung und die Überwachung des Betriebs von Einzeltechnologien und von Gesamtanlagen. Mit Hilfe holistischer und technologieneutraler Planungswerkzeuge sichern wir die bestmögliche Integration von Bioraffinerien und Energiebereitstellungstechnologien in ein nachhaltiges, erneuerbares Energie- und Ressourcensystemsystem.

Im Projekt BIO-LOOP kommen sowohl Biomasse- als auch Sauerstoffträger-Partikel in Chemical Looping Prozessen zum Einsatz. Die Modellierung ihrer Umwandlung spielt deshalb eine zentrale Rolle für die Simulation realer Anwendungen in Festbett- und Wirbelschichtreaktoren.

In Hinblick auf die Klimaziele stellen Chemical Looping (CL) Prozesse eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen thermochemischen Konversionsmethoden dar. Durch die Nutzung von Feststoffen, sogenannten Sauerstoffträgern, anstelle von Luft für die Bereitstellung von Sauerstoff kann CO2 leicht aus dem Abgas abgeschieden werden. So kann beispielsweise Biomasse zur Erzeugung von Wasserstoff (Chemical Looping Hydrogen, CLH) genutzt oder ohne CO2-Ausstoß (Chemical Looping Combustion, CLC) verbrannt werden. Die dafür eingesetzten Feststoffe, also sowohl Biomasse als auch Sauerstoffträger, liegen als Partikel vor. Sie unterscheiden sich je nach Anwendung in ihrer Größe und Beschaffenheit.

Zur Beschreibung der Umwandlung solcher Partikel müssen verschiedene Prozessskalen berücksichtigt werden. Auf der feinsten Skala bilden die chemischen Reaktionen zwischen Gasen und Feststoffen das Fundament. Sehr feine Pulver können damit bereits gut beschrieben werden. Im Unterschied zu diesen Pulvern stellen Einzelpartikel (beispielsweise Pellets) jedoch oft größere Strukturen dar. Gasförmige Reaktanden und Wärme müssen erst an die Oberfläche und anschließend in das Partikel transportiert werden. Dies führt zur Verlangsamung des Umsatzprozesses verglichen mit reiner chemischer Reaktion.

Für Biomasse-Einzelpartikel wurde ein bestehendes Modell, das sogenannte Layer Model, maßgeblich verbessert. Das ursprüngliche Modell beschrieb nur Holzkohle-Reaktionen an der äußeren Oberfläche. Wie am Beispiel der Vergasung gezeigt, finden unter typischen Bedingungen die Reaktionen jedoch innerhalb der gesamten Holzkohleschicht statt. Das neuartige Modell beschreibt den Einfluss von Transportprozessen auf den Umsatzprozess bei vergleichbarer Rechenperformance.

Partikel und Reaktoren

In realen Anwendungen kommen die Partikel in Festbett- oder Wirbelschichtreaktoren zum Einsatz. Die Transportvorgänge im Reaktor und zwischen Reaktor und Partikel müssen dann zusätzlich beschrieben werden. Hierzu wird ein Reaktormodell mit einem Partikelmodell gekoppelt. Erste Simulationsergebnisse sind vielversprechend bezüglich einer erfolgreichen Beschreibung der Gesamtprozesse, aber es gibt noch viel zu tun. Und mit der Hälfte der Projektlaufzeit starten wir mit hoher Motivation in die „zweite Halbzeit“.

Partner

• TU Graz (ITE, CEET)
• TU Wien
• NIC Ljubljana
• CSIC Spanien
• Chalmers University of Technology
• Aichernig Engineering GmbH
• AVL List GmbH
• Christof Industries Austria GmbH
• Rouge H2 Engineering GmbH
• SW-Energie Technik GmbH
• TG Mess-, Steuer- und Regeltechnik GmbH
• Rohkraft- Ing. Karl Pfiehl GmbH

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