Residue2Heat

Ölheizungen mit biogenem Pyrolyseöl betreiben

Kurzbeschreibung

Heizungssysteme können einen erheblichen Beitrag zur Verbesserung der Sauberkeit, Sicherheit und Effizienz von Energiesystemen in Europa leisten. Dabei ist die Verwendung eines standardisierten Kraftstoffes bei Heizungsanlagen besonders wichtig, um eine Optimierung des Heizungssystems sowie eine ökonomisch zukunftsfähige Wertschöpfungskette zu gewährleisten. Der Einsatz von flüssigen und gasförmigen Brennstoffen erweist sich als vorteilhaft, um dem schwankenden Wärmebedarf zur Beheizung von Wohnräumen gerecht zu werden.

Sogenannte Warmwasserheizungsanlagen werden hauptsächlich mit Öl oder Gas beheizt, wodurch eine schnelle Inbetriebnahme sowie ein Modulationsbereich von üblicherweise 2:20 ermöglicht werden kann. Die Summe der CO₂-Emissionen von Heizkessel und Warmwasserbereiter macht bis zu 25 % des kompletten CO₂-Ausstoßes in den EU15-Staaten aus. Das Marktpotenzial von ölbetriebenen Heizungsanlagen in Europa umfasst bis zu 28 Millionen zusätzliche Einheiten europaweit, vor allem in Deutschland, Großbritannien, Belgien, Österreich, Frankreich, Spanien und Italien. Die meisten dieser Heizungssysteme nutzen Heizöl, das aus Rohöl gewonnen wird. Heizungssysteme, die erneuerbare Biobrennstoffe der ersten Generation, wie beispielsweise Pflanzenöl oder Bioethanol, nutzen, sind ebenfalls erhältlich. Aus sozialer und ökologischer Sicht gelten diese Brennstoffe aufgrund ihrer zusätzlichen Nutzung als Nahrungsmittel sowie der indirekten Landnutzungseffekte allerdings als unerwünscht.

Primäres Ziel des Projektes „Residue2Heat“ (Reststoffe zu Wärme) ist die nachhaltige Nutzung verschiedenster Biomassereststoffe in Raumheizungen. Selbst die fortschrittlichsten Heizungsanlagen sind derzeit nicht in der Lage, die unvereinbaren Eigenschaften landwirtschaftlicher und forstwirtschaftlicher Reststoffe handzuhaben. Im Rahmen von Residue2Heat wird ein zweistufiger Ansatz verfolgt, bei dem Biomasserückstande mit dem Verfahren der Schnellpyrolyse zunächst in einen einheitlichen, flüssigen Brennstoff der zweiten Generation (fast pyrolysis bio oil, FPBO) konvertiert werden. Zweitens werden existierende Heizungsanlagen angepasst und optimiert, um den Einsatz des standardisierten Biobrennstoffs zu ermöglichen.

Residue2Heat strebt nicht nur die Nutzungsmöglichkeit von Biobrennstoffen der zweiten Generation an, sondern auch eine Maximierung der Verbrennungseffizienz. Derzeit zählen lediglich 10 % der Heizungen zu den hoch effizienten Brennwertkesseln (Kennzeichnung als Klasse A). Ein sogenannter Blaubrenner eignet sich für die Installation in Brennwertkesseln verschiedenster Hersteller. Solche Blaubrenner maximieren die Verbrennungseffizienz und erfüllen darüber hinaus die strengen Emissionsvorschriften in Europa. Das Blaubrennersystem bietet einen exzellenten Ausgangspunkt für die angestrebte Entwicklung im Rahmen von Residue2Heat. Da die Eigenschaften von FPBO von denen herkömmlicher Brennstoffe abweichen, müssen verfügbare Systeme dahingehend verändert werden, dass sie mit diesem Typ Bioöl kompatibel werden.

 

Arbeitsziele des Projekts

Ausweitung der Biomasse-Rohstoffbasis: Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit besteht darin, die Nutzung verschiedener Typen nachhaltiger, nicht-lebensmittelartiger, lignozellulosehaltiger Biomasse als erneuerbare Energieressource zur Beheizung von Wohnräumen zu nutzen. Der Projektansatz besteht in der Produktion eines FPBO aus verschiedenen landwirtschaftlichen sowie forstwirtschaftlichen Reststoffen als Brennstoff zur Wärmeerzeugung.

Biomasse mit hohem Ascheanteil: Ein wesentlicher Vorteil bei der Verwendung des Schnellpyrolyseverfahrens als Zwischenschritt liegt in der Beseitigung von Asche und Mineralien während des Prozesses. Das Recycling von Asche und Mineralien durch das Pyrolyseverfahren stellt ein wichtiges Projektziel dar.

Leistung verbessern: Die Entwicklung basiert auf Brennwertkesseln, die eine hohe Effizienz erzielen (Klasse A). Da FPBO-Brennstoffe einen erheblichen Anteil an Wasser enthalten, erlaubt der Einsatz eines Brennwertkessels die Rückgewinnung der Energie, die zur Wasserverdunstung benötigt wird.

Niedrige Emissionen: Die Anwendbarkeit von FPBO zur Beheizung von Wohnräumen ist eng mit niedrigen Emissionen verbunden, da maximale Emissionswerte durch europäische Normen festgelegt sind. Den Ausgangspunkt der heizungstechnischen Entwicklung bildet ein blaubrennerähnlicher Ölbrenner, der die neuesten europäischen Bestimmungen hinsichtlich NOx, CO und Partikeln erfüllt.

 

Arbeitsaufgaben des OWI

Das OWI wird sich um die technische Koordination kümmern und daher die Projektentwicklung überwachen. Außerdem ist das OWI für die Entwicklung und Optimierung von FPBO betriebenen Brennersystemen zuständig, insbesondere in Bezug auf Kraftstoffzerstäubung, die Charakterisierung des Sprays sowie mögliche Feuerungskonzepte. Des Weiteren wird das OWI eine Testumgebung einrichten, um essentielle Brennerkomponenten wie Ölbrenner, Ölvorwärmer, Düsen/ Zerstäuber testen zu können sowie deren Eignung für FPBO zu beurteilen. Letztendlich erfolgt der Konzeptbeweis durch Langzeitverbrennungsversuche unter realistischen Bedingungen.

 

Durchführende Forschungsstellen

• Rheinisch-Westfaelische Technische Hochschule Aachen (RWTH) (Universität)
• Biomass Technology Group B.V. (BTG) (KMU)
• VTT Technical Research Centre of Finland Ltd. (VTT) (Forschungseinrichtung)
• MEKU Energie Systeme GmbH & Co.KG (MEKU) (KMU)
• Istituto Motori; Consiglio (Forschungseinrichtung)
• Politecnico Milano (PTM) (Universität)
• BTG BioLiquids B.V. (BTL) (KMU)
• University of Innsbruck, Institute of Microbiology (UIBK) (Universität)
• OWI Oel-Waerme-Institut GmbH (OWI) (Forschungseinrichtung)

 

Projektförderung

Das EU-Forschungsprojekt „Residue2Heat“ wurde von der Europäischen Union im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon 2020 unter dem Förderkennzeichen Nr. 654650 gefördert.

 

Projektlaufzeit

Januar 2016 bis Dezember 2019

 

Ansprechpartner

Dr. Ing. Roy Hermanns
Tel.: 02407/ 9518-163
E-Mail: R.Hermanns@owi-aachen.de