IM JAHR 2008 BEWILLIGTES PROJEKT

Überkritische Vergasung von Biomasse zu Methan

Redaktion

Für den Inhalt der Angaben zeichnet die Projektleitung verantwortlich.


Kooperation

Dieses von der Gebert Rüf Stiftung geförderte Projekt wird von folgenden weiteren Projektpartnern mitgetragen: Zürcher Hochschule für angewandte Wissenschaften (ZHAW), Winterthur; Paul Scherrer Institut (PSI), Villigen


Projektdaten

Projekt-Nr.: GRS-016/08
Förderbeitrag: CHF 250'000
davon Löhne: CHF 250'000
Bewilligung: 29.10.2008
Dauer: 03.2009 - 08.2013
Handlungsfeld: Innovation an Fachhochschulen, 1998 - 2008


Holzvergasermodelle für dezentrale Kraft-Wärmekoppelung
GRS-042/08 CHF 250'000 Thomas Hocker 04.2009 - 05.2014

Production of CO2 hydrate slurry for cooling
GRS-032/08 CHF 124'000 Osmann Sari 03.2009 - 11.2010

Überkritische Vergasung von Biomasse zu Methan
GRS-016/08 CHF 250'000 Markus Weber Sutter 03.2009 - 08.2013

Gefrierpunktserniedrigung auf Oberflächen nach dem Vorbild der Natur
GRS-013/08 CHF 599'000 Martina Hirayama 09.2008 - 10.2011

Interaktive Visualisierung globaler Klimadaten in near-realtime
GRS-007/08 CHF 177'300 Manfred Vogel 01.2009 - 12.2010

Design und Analyse von Hash-Funktionen in digitalen Signaturen
GRS-069/07 CHF 95'000 Willi Meier 09.2008 - 09.2011

Programmatik und Entwicklung der schweizerischen Fachhochschulen
GRS-066/07 CHF 300'000 Karl Jakob Weber 06.2008 - 04.2010

Modellierung von Farbstoffsolarzellen
GRS-064/07 CHF 500'000 Jürgen Schumacher 09.2008 - 03.2011

Kunststoffbauteile mit integrierter Klebefunktion
GRS-023/07 CHF 217'000 Frank Ehrig 04.2008 - 08.2010

Führen von Fachhochschulen - Higher Education Management 2007/2008
GRS-022/07 CHF 272'000 Hans-Kaspar von Matt 01.2007 - 02.2009

Nanoparticulate dispersion strengthened composites
GRS-019/07 CHF 335'000 Efrain Carreno-Morelli 05.2008 - 01.2011

Development of a Novel Technique for Production of Polymer-Coated Nanoparticles
GRS-015/07 CHF 45'000 Uwe Pieles 09.2007 - 01.2009

Kontinuierliche Oberflächenspannungsmessung
GRS-005/07 CHF 210'000 Benno Bucher 10.2007 - 06.2010

Sensornetzwerke zur Früherkennung von Naturgefahren
GRS-020/06 CHF 265'000 Zeno Stössel 04.2007 - 12.2010

Kampagne Feinstaub-Ozon
GRS-014/06 CHF 50'000 Marcel Trachsel 07.2006 - 10.2006

Gesinterte Kraftleitungselemente
GRS-060/05 CHF 350'000 Markus Henne 07.2006 - 05.2009

Recovery of fragmented records using VisualAudio
GRS-046/05 CHF 135'000 Ottar Johnsen 11.2006 - 08.2008

Proof of Concept einer Akademie für das digital erweiterte Handwerk
GRS-044/05 CHF 380'000 Mischa Schaub 03.2006 - 01.2008

Sicherer und selbstfahrender Rollstuhl “SafeChair”
GRS-024/05 CHF 321'250 Hanfried Hesselbarth 03.2006 - 07.2010

Simulation von Polymer-Electrolyte-Membrane Zellen und Stacks
GRS-006/05 CHF 300'000 Jürgen Schumacher 12.2005 - 05.2009

SmartWeeder - gezielte sensorgeführte Unkrautbehandlung
GRS-005/05 CHF 480'000 Dejan Seatovic 11.2005 - 12.2009

Geregelter Oxidationskatalysator
GRS-060/04 CHF 170'000 Rainer Bunge 07.2005 - 12.2006

Prozessmanagementsoftware: 4D-Interface
GRS-043/04 CHF 210'000 Mario Doulis 09.2005 - 10.2007

Magnetische Kälteproduktion bei Raumtemperatur
GRS-030/04 CHF 450'000 Peter W. Egolf 01.2005 - 09.2009

Intelligent Distributed Obstacle and Collision Avoidance System (IDOCAS)
GRS-007/04 CHF 290'000 Hans Scheitlin 09.2004 - 03.2006

Ecademy Mittelbauprogramm für die Fachhochschulen
GRS-079/03 CHF 70'000 Walter Dettling-Gysel 04.2004 - 06.2005

Führen von Fachhochschulen - Higher Education Management
GRS-076/03 CHF 207'000 Hans-Kaspar von Matt 10.2004 - 09.2006

Softwarenentwicklung für Stabilitätsphänomene im Stahlbau
GRS-054/03 CHF 81'000 Manfred Vogel 04.2004 - 07.2005

Sicherheit in mobilen Kommunikationssystemen
GRS-051/03 CHF 90'000 Willi Meier 04.2004 - 03.2007

Grundlagen für die Auslegung von Kunststoffkonstruktionen
GRS-050/03 CHF 120'000 Johannes Kunz 04.2004 - 03.2006

VisualAudio - a system to recover the sound of old records
GRS-024/03 CHF 500'000 Ottar Johnsen 11.2003 - 03.2006

Zeit-Frequenz Analyse in der “IMEX-implantierbaren- und extrakorporalen modularen Mikrosystemplattform”
GRS-013/03 CHF 50'000 Herbert  Sager 06.2003 - 05.2005

Mittelbauförderung an Fachhochschulen
GRS-081/02 CHF 62'000 Walter Dettling-Gysel 04.2003 - 10.2003

Réfrigération solaire à adsorption
GRS-075/02 CHF 510'000 Philippe Dind 06.2003 - 10.2005

Insight China 2003 - The Innovative Seminar for open Cultural Exchange
GRS-072/02 CHF 50'000 Claus-Michael Domenghino 03.2003 - 05.2003

Aktuelle und künftige NO2-Emission von Dieselfahrzeugen in der Schweiz
GRS-056/02 CHF 200'000 Rainer Bunge 05.2003 - 10.2004

Insight China - an Intercultural Learning Experience
GRS-011/02 CHF 50'000 Claus-Michael Domenghino 05.2002 - 05.2002

Erfolge der Nachhaltigen Entwicklung; Erarbeiten wissenschaftlicher Grundlagen für ein Controllinginstrument
GRS-068/01 CHF 310'000 Peter Knoepfel 05.2003 - 09.2007

Demoprojekt Mikrosystemtechnik; Implantierbarer Durchflusssensor für neurologische Anwendungen
GRS-064/01 CHF 80'000 Jürgen Burger 01.2002 - 08.2002

Führungsausbildung an Fachhochschulen - Konzept einer Weiterbildungssequenz für obere Führungskräfte von schweizerischen Fachhochschulen
GRS-022/01 CHF 465'000 Hans-Kaspar von Matt 07.2002 - 09.2004

Entwicklung eines neuartigen, implantierbaren Hörgeräts
GRS-007/01 CHF 80'000 Jürgen Burger 02.2001 - 08.2001

Nachdiplomkurs Leadership - Business Ethics
GRS-075/00 CHF 75'000 Peter Th. Senn 07.2001 - 03.2002

Bollywood / Switzerland. Das indische Kino und die Schweiz
GRS-070/00 CHF 234'736 Cecilia  Hausheer 04.2001 - 03.2002

Initiierung des Instituts für Theorie der Gestaltung und Kunst (ith) and der Hochschule für Gestaltung und Kunst Zürich (HGKZ)
GRS-061/00 CHF 375'000 Jörg Huber 07.2001 - 10.2003

Modell- und Numerikgruppe des „Swiss Network for Intelligent Thermal Systems (ITS)“
GRS-051/00 CHF 180'000 Peter W. Egolf 10.2001 - 02.2004

NO2-Emission bei Partikelfiltern von Dieselmotoren und Nutzfahrzeugen
GRS-049/00 CHF 55'000 Rainer Bunge 07.2001 - 03.2003

Public Domain Simulation Software
GRS-007/00 CHF 240'000 Hansueli Schwarzenbach 01.2001 - 03.2003

studio dell‘utilizzo dell‘icona e delle sue inferenze con il testo linguistico per nuove strategie dell‘apprendimento
GRS-065/99 CHF 50'000 Ivo Monighetti 07.2000 - 10.2001

Nachdiplomstudium in Automatisierungstechnik
GRS-021/99 CHF 110'000 Hans Scheitlin 10.1999 - 09.2002

Alfa-Step-Motor
GRS-095/98 CHF 175'000 Martin Wiederkehr 01.2000 - 08.2001

Berechnungsprobleme polymerer Konstruktionswerkstoffe
GRS-082/98 CHF 100'000 Johannes Kunz 01.2000 - 03.2001

HyperLife: Dokumentation und Begleitung Studiengang HyperWerk
GRS-004/98 CHF 300'000 Mischa Schaub 07.1999 - 04.2002


Projektleitung

Dr. Markus Weber Sutter, Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften zhaw, Institut für Thermo- und Fluidengineering, Technikumstrasse 9/M 401, 8401 Winterthur (Schweiz), webm@zhaw.notexisting@nodomain.comch


Abstract

Bei der Gewinnung von Methan aus Biomasse durch hydrothermale Vergasung handelt es sich um ein neuartiges Verfahren, bei dem wässrige Suspensionen aus landwirtschaftlicher Biomasse unter so hohen Drücken und Temperaturen thermochemisch umgesetzt werden, dass die dafür eingesetzten Apparate beträchtlichen Festigkeitsanforderungen und weiteren Schwierigkeiten unterliegen. So sorgt die zunächst unvermeidliche Fracht an Ionen in der wässrigen Phase für eine Verschärfung der Korrosionsangriffe auf die Gefässwände, die im direkten Kontakt mit der Flüssigkeit stehen, und die Möglichkeit der unkontrollierten Ausfällung zur Wandhaftung neigender Salze erhöht die Gefahr, dass der Apparat verstopft wird.
Dem Hochdruck-Apparat, in dem die eigentliche Umsetzung in Methan ablaufen soll, muss folgerichtig ein Salzabscheider vorgeschaltet werden. Dieser ist selbst ein Hochdruckapparat und für das Funktionieren des gesamten Verfahrens von entscheidender Bedeutung.

Der Weg von einer Versuchs- oder Pilotanlage hin zu einer nächst leistungsfähigeren und grösseren Anlage erfordert also auch die sichere Auslegung und Konstruktion eines passenden Salzabscheiders, wobei der hohe Aufwand an Zeit und Geld für den Bau eines solchen Apparates praktisches Ausprobieren als eher ungünstig und wenig wünschenswert erscheinen lässt.

Was ist das Besondere an diesem Projekt?

Dieses Projekt verfolgt den Ansatz, dass sich mit den Mitteln der Strömungssimulation Gewissheit über die Tauglichkeit eines konzipierten Salzabscheiders erlangen lässt, so dass ein solcher Apparat auf der Basis umfangreicher Berechnungen in all seinen Abmessungen festgelegt und zur Fertigung in Auftrag gegeben werden und danach mit nur geringfügigen Anpassungen zufrieden stellende Leistung erbringen kann.

Zur Simulation aller relevanten und erfassbaren Vorgänge in einem Salzabscheider vorgegebener Geometrie unter frei einstellbaren thermischen Randbedingungen wird das kommerzielle Software-Paket ANSYS-CFX eingesetzt. Alle noch nicht in der Software vorgefertigten Berechnungsroutinen und voreingestellten Parameter sollen in schrittweisem Abgleich von Simulationsdaten mit Messwerten aus der am Paul-Scherrer-Institut betriebenen Pilotanlage hinzuprogrammiert bzw. angepasst werden. Das so aufgewertete Programmpaket müsste einen in die Lage versetzen, auch noch nicht real existierende Apparate zur Salzabscheidung mit erst erdachten Geometrien verlässlich auf ihre Tauglichkeit hin beurteilen zu können und so zu einer am besten geeigneten Geometrie zu gelangen, die dann in einem Apparat verwirklicht wird.

Mit diesem Projekt wird die Gelegenheit wahrgenommen, durch Lösen des apparatetechnisch komplexesten Teilproblems einem in jeder sonstigen Hinsicht vorteilhaften Verfahren den Weg in die Anwendung zu ebnen. Das Projekt kann im Erfolgsfall der Startschuss in eine Zeit einer neuartigen Verwertung von Biomasse sein. Hier soll mit überschaubarem Aufwand geklärt werden, ob ein Verfahren, das weltweit bis anhin erst in wenigen Pilotanlagen erprobt wird, zukunftsweisend sein kann oder nicht.

Stand/Resultate

Der ersten drei Meilensteine wurden erreicht. Die Temperaturverteilungen der Strömungssimulation stimmen in weiten Bereichten gut mit den Messwerten überein. In der Wahl der Berechnungsmethode, der Handhabung der Stoffdaten und dem Aufbau des Netzgitters haben wir durch einen intensiven Austausch mit Fachleuten am PSI und bei ANSYS (Hersteller der Software) eine beachtliche Methodensicherheit erlangt.

Teil dieser eingehenden Methodenklärung war es auch, zu definieren, mit welchen Softwarekonfigurationen und Algorithmen die Ausfällung und das Wachstum der Salzpartikel am besten in den Gang der Simulationsrechnungen zu implementieren wäre. Auch diese Klärung ist uns nun gelungen, und wir können die Trennwirkung des Salzabscheiders qualitativ nachvollziehen. Wir arbeiten derzeit an einer Verfeinerung der Methoden und fassen die Variation der Betriebsparameter sowie der Apparategeometrie ins Auge.

Publikationen

Weber, M. «Entsorgung organisch belasteter Abwässer. Oxidation bei überkritischen Bedingungen», Gas Wasser Abwasser · gwa, 78 (1998), 4, pp. 120-129;Vogel, F. und M. H. Waldner, «Methan aus nasser Biomasse. Hydrothermale Vergasung forst- und landwirtschaftlicher Biomassen», Gas Wasser Abwasser - gwa, 84 (2004), 5, pp. 327-335;
Waldner, M. H. and F. Vogel, «RenewableProductionofMethanefrom Woody BiomassbyCatalytic Hydrothermal Gasification», Ind. Eng. Chem. Res., 44 (2005), 13, pp. 4543-4551;
Waldner, M. H., Krumreich, F., Vogel, F., «Synthetic Natural Gas by Hydrothermal Gasification of Biomass. Selection Procedure towards a Stable Catalyst and its Sodium Sulfate Tolerance», Journal of Supercritical Fluids, 43 (2007), pp. 91-105.
Wellig, B., Weber, M., Lieball, K., Prikopsky, K., and Rudolf von Rohr, Ph. «Hydrothermal methanol diffusion flame as internal heat source in a SCWO reactor», Journal of Supercritical Fluids, 49 (2009), pp. 59-70.

Medienecho

noch keine

Links

http://www.engineering.zhaw.ch/de/engineering/iefe.html
http://cpe.web.psi.ch/

Am Projekt beteiligte Personen

Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften ZHAW:
Projektleitung: Markus Weber Sutter, Dr. sc. techn. ETH, Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering IEFE, 058 / 934 6785, webm@zhaw.ch
Strömungslehre: Prof. Egon Lang, Dr. sc. techn. ETH, Institut für Thermo- und Fluid-Engineering, 058 / 934 7520, lang@zhaw.ch
Rechnergestützte Simulation: Rolf Weiss, dipl. Ing. FH, Institut für Thermo- und Fluid-Engineering, 058 / 934 7714, wero@zhaw.ch
Rechnergestützte Simulation: Kenzo Kriftner, BSc, Institut für Thermo- und Fluid-Engineering, 058 / 934 7131, krik@zhaw.ch
Paul Scherrer Institut, OVGA/104, 5232 Villigen:
Versuchsanlage: Frédéric Vogel, Dr. sc. techn. ETH, Head, Catalytic Process Engineering Group, 056 310 2135, frederic.vogel@psi.ch

Letzte Aktualisierung dieser Projektdarstellung

06.12.2013