Schwachgas BHKW

Synergie von Klimaschutz und Energiegewinnung

Die „Globale Methan-Verpflichtung“ (Global Methane Pledge) ist eines der wichtigsten Ergebnisse der UN-Klimakonferenz 2021 in Glasgow. Mit ihrer Unterschrift erklärten sich 100 Teilnehmerstaaten bereit, eine Reduktion der globalen Methan-Emissionen bis zum Jahr 2030 um mindestens 30% anzustreben.

Das Treibhausgas Methan gilt als Klimakiller: Laut dem 6. Sachstandsberichts des Weltklimarats (IPCC) ist das klimaschädliche Potenzial (GWP) von Methan in einem Betrachtungszeitraum von 20 Jahren 81,2mal höher als jenes von CO2. Die erste quantitative Einschätzung des GWP von Methan veröffenlichte der Weltklimarat bereits in seinem Sachstandsbericht AR5 im Jahre 2014.

Die Reduktion der Methan-Emissionen gilt derzeit als der schnellste und effektivste Hebel, um die Erderwärmungsrate zu verlangsamen. Nach Einschätzung des Umweltprogramms der Vereinten Nationen (UNEP) könnte mit konsequenten Maßnahmen gegen die Methan-Emissionen erreicht werden, dass die mittlere globale Temperatur bis 2045 um fast 0,3 °C langsamer anwächst als erwartet.

Die Oxidation (Verbrennung) von Methan ist eine wirksame Maßahme, um es unschädlich zu entsorgen. Idealerweise erfolgt dies in Verbrennungskraftmaschinen einhergehend mit der Gewinnung von elektrischer und thermischer Energie. Viele Methanquellen beinhalten allerdings Begleitstoffe wie Schwefel, Chlor oder Siloxane, die in Motoren mit innerer Verbrennung Schäden verursachen. Beträgt der Methangehalt im Gas deutlich unter 50% verliert es darüber hinaus die Zündeigenschaft und kann in Ottomotoren nicht mehr eingesetzt werden. Oft bleibt daher nur die Möglichkeit des Abfackelns mit dem Nachteil der Verschwendung wertvoller Energie.

Schwachgas-BHKW 7,5 kWel (Foto: Berghammer)

Stirlingmotoren: geeignet für problematische Brennstoffe

Diese Zusammenhänge waren ausschlaggebend für die Entwicklung eines Stirling-Schwachgas-BHKWs, das wir ab 2016 im Rahmen eines von der FFG geförderten Forschungsprojektes gestartet haben. Im Rahmen dieses Projektes gelangen uns zwei erhebliche Innovationssprünge, die uns zügig zu den gesetzten Zielen führten:

1. Die Erfindung der alphagamma® Technologie

Die einfache, kostengünstige und hochverfügbare Technik war Grundlage für eine heute konkurrenzlose Antriebsmaschine mit hohem Wirkungsgrad. Die Eigenschaften der mit der Bezeichnung G600 gefertigten Motoren überzeugten uns auf Anhieb, boten aber noch ausreichend Spielraum für zahlreiche Detailverbesserungen.

2. Die Entwicklung eines effizienten Schwachgasbrenners

Die Vorwärmung der Verbrennungsluft ist zur Erzielung eines hohen Gesamtwirkungsgrades des Stirlingmotor-BHKWs unumgänglich. Dabei kann die Abwärme der Verbrennungsgase aus dem Erhitzer-Wärmetauscher des Motors äußerst sinnvoll genutzt werden. Die dadurch erreichten hohen Temperaturen der Verbrennungsluft schließen vormischende Brenner aus, weil sonst eine frühzeitige Entzündung des Brennstoff-Luftgemisches vor Eintritt in die Brennkammer erfolgen würde. Mangels Verfügbarkeit von kompakten Geräten auf dem Markt, die einen passenden Wärmetauscher für die Luftvorwärmung aufweisen, entschlossen wir uns kurzerhand für eine Eigenentwicklung.

Die erreichten Eigenschaften der Brennereinheit bestätigen die Richtigkeit des Entschlusses:

• Methangehalt im Brennstoff von 14% bis 100% (Messbericht)
• Abgastemperaturen ab 150 Grad C, neu: ab 100 Grad C
• Formaldehyd und Methanschlupf unter der Nachweisgrenze
• Abgaswerte NOx und CO deutlich unter den Grenzwerten für Schwachgase
• Unempfindlich gegenüber Siloxanen
• Gasdruck je nach Methangehalt: 576 – 3613 Pa

Synergie von Klimaschutz und Energiegewinnung

Die Ergebnisse des Forschungsprojektes öffnen ein breites Marktfeld mit aussichtsreichem wirtschaftlichen und umweltrelevanten Ansatz. Die Oxidation von Methan in Schwach- und Problemgasen darf dabei als wirksamer Hebel in der zukünftigen Bewertung klimaschädlicher Gase angesehen werden. Damit ergeben sich eine Reihe von Anwendungen, die den Betrieb eines BHKW mit negativen Brennstoffpreisen erlauben.

Im Zuge des Forschungsprojektes wurde das BHKW mit Gasen unterschiedlicher Zusammensetzung betrieben. Werfen Sie gerne einen Blick in die Meßberichte des Forschungspartners BEST Bioenergy:

• Messbericht Deponiegas
• Messbericht landwirtschaftliches Biogas
• Messbericht Klärgas