HyCS-Biomass

Nutzung eisenbasierter Module zur Versorgung mit hochreinem Wasserstoff unter Druck auf der Basis der Luftvergasung biogener Reststoffe

01.11.2024

31.10.2027

FKZ-Nr.:

03EI5479

Ziel des Projektes ist eine Lösung zur bedarfsgerechten Wasserstoffversorgung auf der Basis von biogenen Reststoffen, wobei bedarfsgerecht in der geeigneten Qualität, auf einem geeigneten Druckniveau, zum richtigen Zeitpunkt und am richtigen Ort bedeutet. Dabei wird mit Einsatz des Eisen-Wasserdampf-Kreisprozesses die Prozesskette deutlich vereinfacht.

Die thermochemische Vergasung biogener Rest- und Abfallstoffe ist neben der Elektrolyse mit erneuerbarer Elektroenergie ein weiterer interessanter Weg zur Bereitstellung von grünem Wasserstoff. Anwendungsfelder für biogenen Wasserstoff stellen neben dem Verkehrssektor insbesondere dezentrale industrielle Nutzungen, die Versorgung von Wohnquartieren und eine zeitlich entkoppelte Stromversorgung dar. Damit ermöglicht die Wasserstoffproduktion eine höherwertige Nutzung von biogenen Rest- und Abfallstoffen als eine Wärmebereitstellung oder eine Stromversorgung für den Grundlastbereich. Allerdings stehen einer erfolgreichen Implementierung der Wasserstoffversorgung auf der Basis der Biomassevergasung noch verschiedene wirtschaftliche und technische Hindernisse entgegen. So liefert eine thermochemische Vergasung stets ein Gemisch aus Wasserstoff mit Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid. Zudem bringt ein Produktgas aus der Vergasung von Biomasse noch brennstoff- und prozessspezifische Störstoffe mit. Kern der Lösung ist die Beladung des mit dem HyCS-Containermodul der AMBARtec realisierten Eisen-Wasserdampf-Kreisprozesses mit einem biogenen reduzierenden Gas. Da die Speicherung des Reduktionspotenzials als reduziertes Eisen erfolgt und die Störstoffe aus dem biogenen Gas nicht mit eingespeichert werden, wird bei der Entladung des Containermoduls mit Wasserdampf ein qualitativ hochwertiger Wasserstoff erzeugt. Quelle des reduzierenden Gases ist die thermochemische Vergasung biogener Rest- und Abfallstoffe, wobei auch Pyrolyseanlagen denkbar sind.

Biokraftstoffe, Biomassevergasung, KWK, Sektorkopplung, Systemintegration, Biobasierter Wasserstoff, Minderung von Treibhausgasen und Umwelteffekten, Prozessoptimierung, Rest- und Abfallstoffe, Flexibilisierung, Mess-/Steuerungs-/Regelungstechnik

AP 1 Projektsteuerung über alle Arbeitspakete und Verbundteilnehmer; Die Koordination des Gesamtprojekts und die Projektsteuerung erfolgt durch AMBARtec. AP 2 Bilanzierung des Gesamtsystems mit Biomassevergaser, Beladung des HyCS-Speichers und Entladeeinheit zum Wasserstoffnutzer mit Schnittstellenoptimierung; AP2 umfasst die theoretischen und planerischen Vorarbeiten der experimentellen Untersuchung der Kopplung aus Vergasung und Eisen-Wasserdampfkreisprozess zur Wasserstoffgewinnung aus Biomasse. AP 3 Untersuchung des Verhaltens von vergasungstypischen Produktgasen in einer Laboranlage als Voruntersuchung; Im AP erfolgt eine Untersuchung des Reaktionsverhaltens von vergasungstypischen Produktgas mit Anteilen an CO, H2, CH4, CO2 sowie C2H4 und N2 an den Eisenmassen. Dazu kommt synthetisch vorgemischtes Produktgas einer vorhandenen Laboranlage zum Eisen-Wasserdampf-Kreisprozess zum Einsatz. AP 4 Errichtung und Inbetriebnahme der Kombination Biomassevergaser mit Speicheranlage: Im AP wird die Anbindung eines Eisen-Wasserdampf-Moduls an den thermochemischen Biomassevergaser des DBFZ durch die Detailplanung vorbereitet und technisch ausgeführt. AP 5 Funktionsnachweis der Gesamtanlage; Im AP wird die Beladung der HyCS-Module mit dem Gas aus der Biomassevergasung und die Entladung zur Wasserstofferzeugung untersucht. Dabei wird reales Gas aus dem Vergaser HKA 10 des DBFZs verwendet. AP 6 Demonstrationsbetrieb mit H2-Lieferung an einen realen Abnehmer; Im AP erfolgt der Betrieb des Demonstrators zur Versorgung einer bestehenden Pilotanlage mit H2. Zu diesem Zweck wird das Eisen-Wasserdampf-Modul bei der Entladung mit der Pilotanlage gekoppelt. AP 7 Validierung der Ergebnisse, Einsatz- und Logistikkonzept; In diesem AP erfolgt die Bewertung der gefundenen Lösungen im Vergleich zu alternativen Verfahren der Versorgung mit grünem Wasserstoff. Die Auslegungsgrundsätze und Berechnungsmodelle für ein Upscaling auf Marktgröße werden geschaffen und validiert. Es erfolgt die Entwicklung eines Einsatz- und Logistikkonzeptes für die Anwendung der Technologie.

AP 2 Bilanzierung des Gesamtsystems mit Biomassevergaser, Beladung des HyCS-Speichers und Entladeeinheit zum Wasserstoffnutzer mit Schnittstellenoptimierung; AP2 umfasst die theoretischen und planerischen Vorarbeiten der experimentellen Untersuchung der Kopplung aus Vergasung und Eisen-Wasserdampfkreisprozess zur Wasserstoffgewinnung aus Biomasse. AP 3 Untersuchung des Verhaltens von vergasungstypischen Produktgasen in einer Laboranlage als Voruntersuchung; Im AP erfolgt eine Untersuchung des Reaktionsverhaltens von vergasungstypischen Produktgas mit Anteilen an CO, H2, CH4, CO2 sowie C2H4 und N2 an den Eisenmassen. Dazu kommt synthetisch vorgemischtes Produktgas einer vorhandenen Laboranlage zum Eisen-Wasserdampf-Kreisprozess zum Einsatz. AP 4 Errichtung und Inbetriebnahme der Kombination Biomassevergaser mit Speicheranlage: Im AP wird die Anbindung eines Eisen-Wasserdampf-Moduls an den thermochemischen Biomassevergaser des DBFZ durch die Detailplanung vorbereitet und technisch ausgeführt. AP 5 Funktionsnachweis der Gesamtanlage; Im AP wird die Beladung der HyCS-Module mit dem Gas aus der Biomassevergasung und die Entladung zur Wasserstofferzeugung untersucht. Dabei wird reales Gas aus dem Vergaser HKA 10 des DBFZs verwendet. AP 6 Demonstrationsbetrieb mit H2-Lieferung an einen realen Abnehmer; Im AP erfolgt der Betrieb des Demonstrators zur Versorgung einer bestehenden Pilotanlage mit H2. Zu diesem Zweck wird das Eisen-Wasserdampf-Modul bei der Entladung mit der Pilotanlage gekoppelt. AP 7 Validierung der Ergebnisse, Einsatz- und Logistikkonzept; In diesem AP erfolgt die Bewertung der gefundenen Lösungen im Vergleich zu alternativen Verfahren der Versorgung mit grünem Wasserstoff. Die Auslegungsgrundsätze und Berechnungsmodelle für ein Upscaling auf Marktgröße werden geschaffen und validiert. Es erfolgt die Entwicklung eines Einsatz- und Logistikkonzeptes für die Anwendung der Technologie.