Aktuell / 26.06.2013

Oxyflame: Verbrennung ohne Luft

Im Flugstromreaktor untersuchen Wissenschaftler an der TU Darmstadt unter anderem, wie sich die Chlor- und Schwefelchemie bei der Oxyfuel-Verbrennung verhält. Bild: EST, TU Darmstadt

In konventionellen Kraftwerken werden fossile Kraftstoffe wie Biomasse, Kohle oder Gas mit Luft verbrannt. Beim Oxyfuel-Verfahren wird der Brennstoff dagegen mit einem Gemisch aus Sauerstoff und Rauchgas verbrannt. Dabei fallen im Abgas hauptsächlich Wasserdampf und CO2 an. Der Wasserdampf wird durch Abkühlen des Rauchgases als Wasser abgeschieden. Weitere nachgeschaltete Aufbereitungsstufen bringen den Reinheitsgehalt des verbleibenden Kohlendioxids auf Werte, wie sie bei der Lebensmittelherstellung gefordert werden. Dieses nahezu reine Kohlendioxid kann entweder weiterverwendet oder in unterirdische Lagerstätten eingebracht werden, wodurch CO2 seine klimaschädliche Wirkung nicht entfalten kann.

An der Versuchsbrennkammer ermitteln Forscher an der RWTH Aachen Faktoren wie die Partikeldynamik bei der Verbrennung. Bild: Peter Winandy

Die Details der bei der Oxyfuel-Verbrennung ablaufenden Prozesse sind allerdings bisher nur unzureichend bekannt. Wissenschaftler der RWTH Aachen, Ruhr-Universität Bochum und TU Darmstadt haben sich deshalb in einem – von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) neu bewilligten – Sonderforschungsbereich/ Transregio Oxyflame zusammengeschlossen, um diese Wissenslücken zu schließen.


Im Projekt Oxyflame geht es um die „Entwicklung von Methoden und Modellen zur Beschreibung der Reaktion fester Brennstoffe in einer Oxyfuel-Atmosphäre“. Wissenschaftler an insgesamt 13 Instituten untersuchen interdisziplinär die Prozesse an Einzelkörnern, Partikelwolken und dem kompletten Feuerraum. So wollen sie für verschiedene Energieträger, wie Biomasse und Kohle Modelle der Oxyfuel-Verbrennung erarbeiten.


Parallel dazu ermitteln sie Basisdaten zur Vorhersage der Wärmeübertragung zwischen Flamme, Feuerraum und deren Einbauten. Die Daten sollen als Grundlage sowohl für die Modellentwicklung, wie auch für die Entwicklung neuer Brenner und Feuerräume dienen. Da sich die industrielle Auslegung bisher noch stark auf Experimente abstützt, können mit der im Projekt erarbeiteten Auslegungsmethodik Brenner beispielsweise schneller und damit auch kostengünstiger optimiert werden. Die in Oxyflame entwickelten Methodiken ermöglichen damit erst die zielgerichtete und verlässliche Auslegung von Oxyfuel-Kraftwerken.

Oxyfuel-Verbrennung

Die Abbildung zeigt von rechts nach links eine zunehmende Umwandlung einhergehend mit einer Strukturveränderung der Oberfläche der Kokspartikel. Bild: LEAT, RU Bochum

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