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Thermo-Katalytisches Reforming TCR®

Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut UMSICHT in Sulzbach-Rosenberg entwickeln wir das innovative Verfahren zur thermo-katalytischen Reformierung von kohlenstoffreichen Reststoffströmen. Die dazu eingesetzte TCR-Technologie ist in der Lage eine große Bandbreite an Biomasserückständen zu verarbeiten:

  • Gärrückstände aus Biogasanlagen und Bioethanol-Anlagen
  • Land- und forstwirtschaftliche Rückstände wie Tierexkremente, Stroh und Schalen, Restholz, Grünschnitt und Landschaftspflegematerial
  • Industrielle Biomasserückstände wie Biertreber, Ölpressrückstände, oder Papierschlempen
  • Kommunale organische Abfälle wie Klärschlamm und Kompostierungsrückstände

In einem mehrstufigen, thermo-chemischen Prozess wird Biomasse in hochwertiges Synthesegas, Bioöl, Biokohle und Wasser umgewandelt

 


 (c) 2015 Fraunhofer UMSICHT

  1. Thermische Trocknung: feuchte Biomasse wird nach Bedarf durch eine Kombination von mechanischen und thermischen Verfahren auf einen Trockenanteil zwischen 70 bis 90 Prozent getrocknet. Die TCR-Technologie liefert ausreichend Prozesswärme zur Trocknung von Biomasse mit bis zu 60 bis 70 Prozent Wassergehalt.
  2. Karbonisierung: In einer ersten Reaktorstufe wird Biomasse bei mittleren Temperaturen (400 bis 500 °C) unter Ausschluss von Sauerstoff zu Biokohle karbonisiert. Die dabei entstehenden flüchtigen organischen Bestandteile werden aufgefangen.
  3. Katalytische Reformierung: In der zweiten Stufe des TCR-Reaktors wird die Biokohle auf 600 bis 750 °C erhitzt und wieder in Kontakt mit den flüchtigen Verbindungen gebracht. Dabei werden langkettige organische Bestandteile katalytisch in qualitativ hochwertige Gase und Öle gecrackt. Durch zusätzliche Dampf-Reformierung von Wasserdampf und Kohlenstoff wird der Ertrag des wasserstoffreichen Synthesegases maximiert.
  4. Produktbehandlung: Wasser und Öl wird kondensiert und das Synthesegas wird von Aerosolen und Stäuben gereinigt. Durch die hohe Qualität der in den ersten zwei Stufen produzierten Vorprodukte kann die Produktbehandlungsstufe technisch vergleichsweise einfach ausgelegt werden.

Durch eine effiziente Wärmeführung kann die TCR-Anlage sich mit der erforderlichen Prozessenergie selbst versorgen und zusätzlich Wärme zur Biomassetrocknung exportieren.

Die TCR-Technologie wandelt Biomasserückstände in drei qualitativ hochwertige Produkte um:

  • Synthesegas bestehend aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, ggf. Stickstoff (nur vorhanden wenn mit Luft gearbeitet wird), Methan und kleinen Mengen höherer Kohlenwasserstoffe. Es ist möglich die Parameter des Prozess derart festzulegen, dass ein Synthesegas mit mehr als 50 vol% Wasserstoff produziert wird. Das Gas ist praktisch frei von Staub, Teer und Aerosolen und damit direkt zur Verstromung im BHKW geeignet.
  • Bioöl mit hohem Heizwert und niedrigem Säuregehalt – vergleichbar mit der Elementarzusammensetzung von Pflanzenölen und direkt für die motorische Nutzung in Mischung bzw. auf angepassten Motoren geeignet.
  • Biokohle – trocken, stabil und transportabel – mit hohem Heizwert und niedrigem Gehalt an organischen Substanzen sowie Sauerstoff und Wasserstoff. Dabei relativ hoher Aschegehalt abhängig vom Ausgangsmaterial. Die Biokohle eignet sich als Brennstoff zur Strom- und Wärmeerzeugung, als Bodenverbesserer im landwirtschaftlichen Bereich, zur Effizienzsteigerung in Biogasanlagen oder als Reduktionsmittel bei metallurgischen Prozessen.

Die jeweiligen Produktausbeuten können durch Variation der Prozessparameter innerhalb bestimmter technischer Grenzen angepasst werden. Darüber hinaus fallen als Nebenprodukte Asche und Wasser mit unkritischem Gehalt an organischen Anteilen an. Biogasanlagen bieten die Möglichkeit das Wasser zur Anmischung von Substrat in die Fermenter zurückzuführen, wobei der organische Anteil der Wasserphase ebenfalls mikrobiell umgewandelt wird.

Die hohe Qualität der Produkte eröffnet eine Vielzahl von Optionen für die kommerzielle Anwendung des Verfahrens. Im günstigsten Fall erfolgt direkt am Anlagenstandort die Stromerzeugung über Kraft-Wärmekopplung aus Gas und Öl und die Lieferung der Biokohle als Brennstoff an ein Biomasseheizkraftwerk. Der hohe Wasserstoffgehalt des Gases eröffnet für die Zukunft eine dezentrale, nachhaltige Wasserstoff-Quelle für Brennstoffzellen, zur Kraftstoff-Synthese oder zur Synthese von Basisprodukten für die grüne Chemie. Die hohe Qualität des Bioöls eröffnet weitere Möglichkeiten zur Vermarktung in Kraftstoffen der zweiten Generation als Mischkraftstoff für Spezialanwendungen oder zur Produktion von Reinkraftstoffen durch Raffinerie. Von besonderem Interesse ist die Rückführung der Pflanzenkohle in die lokale Landwirtschaft zur Schließung des Nährstoffkreislaufes und als Bodenverbesserer. Darüber hinaus kann eine Rückführung der Biokohle in eine Biogasanlage den Wirkungsgrad der Anlage entscheidend verbessern.

Pilotanlage-Demoanlage Picture.png
Die innovative TCR-Technologie wurde am Fraunhofer-Institut UMSICHT in Sulzbach-Rosenberg entwickelt. 
Die Technologie wurde auf einer Technikumsanlage (bis zu 2 kg/h Einsatzgutkapazität) seit 2013 ausgiebig erprobt. Eine große Bandbreite von Einsatzstoffen wurde erfolgreich getestet (z. B. Schweineexkremente, Biogas-Gärrest, Klärschlamm, Oliven- und Traubentrester). Eine Pilotanlage mit einer kontinuierlichen Einsatzstoffkapazität von ca. 30 kg/h ist ebenfalls bereits seit 2015 in Betrieb. 
Derzeit arbeitet Susteen Technologies GmbH am Bau einer kommerziellen Anlage mit einer Jahreskapazität von ca. 2200 t getrocknetem Einsatzgut . Das containerisierte Design soll im Rahmen eines Projektes zur Demonstration der energetischen Verwertung von Klärschlamm auf affizienten Zündstrahl BHKW gemeinsam mit anderen Projektpartnern getestet werden.