Untersuchungen zur Optimierung von Verbrennungsprozessen durch besseres Stroh

Seit der Entwicklung von Biomasse als alternative Energiequelle bemüht sich die Wissenschaft, diesen Energieträger sauberer, praxistauglicher und natürlich billiger in der Anwendung zu machen. Ein Teil dieser Bemühungen bestand darin, zu einem besseren Verständnis der Reaktionen zu gelangen, die bei der Verwendung von Bio-Brennstoffen in Energieerzeugungsanlagen, Kesseln und Brennkammern ablaufen.

Bei der Suche nach geeigneten Arten von Bio-Brennstoffen war es logisch, dass die Industrie früher oder später auf Stroh stoßen würde, denn von diesem Energieträger werden jedes Jahr Millionen Tonnen geerntet. Dabei stellte sich jedoch heraus, dass die Verbrennung von Stroh eigene Probleme mit sich brachte, von denen das der Chlor-, Kalium- und Schwefelkonzentrationen nicht das geringste war. Diese Elemente wiesen eine ausgeprägte Tendenz auf, immer wieder zu betrieblichen Schwierigkeiten zu führen, etwa durch die Ansammlung von Ascherückständen, durch rückstandsbedingte Überhitzungskorrosion und durch Schwefeldioxidemissionen.

Bei der Suche nach geeigneten Verfahren zur Reduzierung dieser Faktoren zeigte sich, dass sowohl die Zusammensetzung der Asche als auch die Verbrennungstemperaturen eine wichtige Rolle spielten. Im Hinblick auf die Freisetzung von Kalium entdeckten die Forscher, dass während Rostfeuerung erhebliche Volumina freigesetzt wurden. Weitere Beobachten ließen auf eine Korrelation zwischen der Temperatur und der Freisetzung von Kalium schließen. Genauer gesagt, sind die freigesetzten Kaliummengen um so größer, je höher die Temperatur ist.

Weitere Korrelationen wurden auch zwischen der Temperatur und der Freisetzung von Chlor gefunden: Bei den meisten Proben mit geringem Chlorgehalt wurde Chlor bei relativ niedrigen Temperaturen freigesetzt. Der Projektbericht enthält weitere Detailergebnisse, die einen wichtigen Schritt hin zum besseren Verständnis der Rolle darstellen, welche die Temperatur und die Brennstoffzusammensetzung bei der Freisetzung von Kalium, Chlor und Schwefel in der Gasphase spielen.

Als Konsequenz daraus wurden Studien verschiedener Strohtypen durchgeführt, wobei zur Charakterisierung der Biomassen thermogravimetrische Analysen durchgeführt und Kalorimetriemessungen mit Differentialabtastung vorgenommen wurden. Diese Messungen lieferten aussagefähige Informationen zum gesamten Massenverlust sowie zum Anteil des Asche-Schmelzgutes als Funktion der Temperatur. Es sind jedoch noch weitere Untersuchungen erforderlich, um das Verständnis für die unterschiedlichen Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Ascheelementen während der Einwirkung von Wärme zu vertiefen. Diese Informationen sind insofern von großem Wert, als sie zur einer spürbaren Reduktion von Schwefeldioxidemissionen aus Kesseln mit Biomassefeuerung beitragen.

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Dr. Peter Arendt Jensen
Technical University of Denmark
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