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Entwicklung einer störstofftoleranten Mehrzweck-Trommelreaktortechnologie MTR
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FKZ-Nr.:
03EI5484
Ziel ist die Entwicklung einer störstoff-toleranten Mehrzweck-Trommelreaktortechnologie - MTR bis zu einem TRL von 5, deren intensive Prüfung im Testbetrieb neben der Erarbeitung technischer Planungsunterlagen zur Vorbereitung der Erreichung eines TRL 6-7 in einem Folgevorhaben dient. So soll ein erhebliches Biogaspotential mit besonders hoher Klimaschutzwirkung und ohne Stoffstromkonkurrenz (landwirtschaftliche Reststoffe, derzeit nicht zur Vergärung genutzte Bioabfälle) erschlossen werden, das für die flexible, versorgungssichere sektorübergreifende Energiebereitstellung zur Verfügung steht.
Viele Rest und Abfallstoffe fallen dezentral an, die zwar grundsätzlich zur Biogaserzeugung geeignet sind, die aber mit der derzeit verfügbaren Technik nicht erschlossen werden können, weil sie störstoffreich oder heterogen sind und nur mit einem technischen Aufwand erschlossen werden könnten, der für die ohne große Transportkosten örtlich verfügbaren Mengen nicht wirtschaftlich realisierbar ist. Der Störstoffaspekt trifft sowohl auf kommunale Bioabfälle zu als auch auf landwirtschaftliche feste Stoffströme, die Sediment, Steine, grobe Halme oder holzige Anteile enthalten können. Heterogenität beinhaltet u.a., dass im Umfeld eines Standortes sowohl flüssig - pastöse Stoffströme (z.B. Gülle oder flüssige Stoffströme aus Lebensmittelverarbeitungen) als auch feste, teils störstoffreiche Stoffströme anfallen (z.B. Mist, Futterreste, Landschaftspflegematerial, Mähgut aus der Weidepflege, Grüngut), die üblicherweise nur nach aufwendiger Vorbehandlung gemeinsam vergoren werden könnten. Motivation ist daher, mittels einfacher, robuster und kosteneffizienter Technologie, solche Stoffströme zu erschließen.
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Biogas, Biokraftstoffe, Steigerung Prozess-Effizienz/-Effektivität, Minderung von Treibhausgasen und Umwelteffekten, Prozessoptimierung, Rest- und Abfallstoffe
03EI5484A

AP 1, Organisation des Verbundvorhabens; Teilaufgaben: Organisation und Dokumentation der Projekttreffen, zeitliche und inhaltliche Koordination der Arbeitsabläufe und Arbeitspakete, die Erstellung der erforderlichen Berichte, Ansprache von Zielgruppen (national und international) sowie Veröffentlichung in Fachzeitschriften oder Beiträge auf Messen und Tagungen; AP 2, Erarbeitung grundlegender Anforderungen an Bau und Betrieb (drei verschiedene technische Ausführungen); Ableitung konkreter technischer Spezifikationen; In Zusammenspiel mit AP 7 Berücksichtigung der Anforderungen potenzieller Anwender bzw. relevanter Märkte; AP 3: Erstellung der Konstruktion, Dimensionierung bzw. Auslegung der erforderlichen Komponenten und Maschinenelemente, möglichst weitgehend auf Basis von Normteilen und standardisierten, leicht verfügbaren Komponenten, Einbindung in das 3D-CAD-Modell; Drei verschiedene Ausführungsvarianten mit unterschiedlichen Lagerungsvarianten der Trommel sowie drei unterschiedlichen Antriebsvarianten, um günstige Bau- und Betriebskosten zu ermöglichen; Erstellung der notwendigen technischen Dokumente (Zeichnungen, Stücklisten etc.) für die Fertigung, Beschaffung und Errichtung; Während der Aufbauphase werden relevante Baugruppen oder Komponenten in Funktionstestläufen zwischengeprüft. Damit können mögliche Fehler in einem frühen Stadium mit geringerem Aufwand behoben werden und die anschließende Inbetriebnahme mit dem Verbundbetrieb aller Baugruppen und Komponenten des Gesamtaufbaues im Vorfeld schrittweise vorbereitet werden. AP 4: mehrmonatige Testlaufphase, in der die Leistungsbereiche geprüft und die jeweilige Tauglichkeit bzw. Funktionalität zur Einhaltung der erforderlichen Prozessbedingungen nachgewiesen wird. Die Testlaufphase aus AP 4 mündet in einem Betriebszustand aller drei parallellaufenden MTR für einen bestimmungsgemäßen Übergang in Normalbetriebsbedingungen. In AP 5 erfolgt die Untersuchung der drei MTR zur Leistungsfähigkeit im Normalbetrieb. Die Ergebnisse aus den AP 2 - 5 werden dem Projektpartner zur Verfügung gestellt, der hauptverantwortlich in AP 6 die Planungsgrundlagen zur Umsetzung des Praxismaßstabs in einem Folgevorhaben erarbeitet. AP 7, die technische, ökologische und ökonomische Gesamtbewertung wird im wesentlichen ebenfalls vom DBFZ verantwortet, der Partner bringt seine Kompetenzen für die Bewertung der Marktaussichten und Geschäftsmodelle ein. Die THG-Emissionen werden für konkrete Betriebsmodelle gemäß dem Methodenhandbuch 6 bilanziert und darauf aufbauend wird das THG-Minderungspotential gegenüber der Ausgangssituation ermittelt.

03EI5484B

AP 1 dient zur Organisation des Verbundvorhabens. Darin sind die verschiedenen Teilaufgaben wie die * Organisation und Dokumentation der Projekttreffen, * die insbesondere zeitliche Koordination der Arbeitsabläufe und Arbeitspakete, * die Erstellung der erforderlichen Berichte, * die Ansprache von Zielgruppen (national und international) sowie * die Veröffentlichung in Fachzeitschriften oder Beiträge auf Messen und Tagungen enthalten. AP 2 erarbeitet die grundlegenden Anforderungen an drei verschiedene technische Ausführungen sowie den Betrieb zur Unterstützung der Entwicklung und leitet konkrete technische Spezifikationen auf Basis der bereits gewonnen Erfahrung durch die Vorentwicklung des MTR mit dem unter Kap. 2.2 genannten TRL 4 ab. Zusammenspiel mit AP 7 Anforderungen bei potenziellen Anwendern bzw. Spezifizierungen relevanter Märkte in die Detaillierung eines Lastenheftes einfließen. Die in AP 2 ermittelten Spezifikationen werden bei der Erstellung der Konstruktion berücksichtigt. Durch eine Dimensionierung bzw. Auslegung der erforderlichen Komponenten und Maschinenelemente werden die Normteile und standardisierten, leicht verfügbaren Komponenten bestimmt und in das 3D-CAD-Modell eingebunden. Hierbei wird aufbauend auf die bereits vorhandene Grundkonstruktion (s.o.), der Schwerpunkt auf die drei verschiedenen Ausführungsvarianten mit drei unterschiedlichen Lagerungsvarianten der Trommel sowie drei unterschiedlichen Antriebsvarianten gelegt. Durch die Nutzung der Grundkonstruktion ergibt sich eine erhebliche Reduktion des Konstruktionsaufwandes im Sinne eines Synergieeffektes. Nach dem Abschluss der Konstruktionsarbeiten werden die notwendigen technischen Dokumente, wie Zeichnungen und Stücklisten, für die Fertigung, Beschaffung und Errichtung erstellt. Die Montage der Bauteile und Unterbaugruppen bis hin zum Gesamtaufbau der MTR-Vorrichtung wird durch die Erfahrungen aus dem vorangegangen Aufbau (s.o.) unterstützt und stellt einen effizienten Ablauf in Aussicht. Während der Aufbauphase werden relevante Baugruppen oder Komponenten in Funktionstestläufen zwischengeprüft. Damit können mögliche Fehler in einem frühen Stadium mit geringerem Aufwand behoben werden und die anschließende Inbetriebnahme mit dem Verbundbetrieb aller Baugruppen und Komponenten des Gesamtaufbaues im Vorfeld schrittweise vorbereitet werden. Im Anschluss erfolgt eine mehrmonatige Testlaufphase, in der die Leistungsbereiche geprüft und die jeweilige Tauglichkeit bzw. Funktionalität zur Einhaltung der erforderlichen Prozessbedingungen nachgewiesen wird. Die Testlaufphase aus AP 4 mündet in einem Betriebszustand aller drei parallellaufenden MTR für einen bestimmungsgemäßen Übergang in Normalbetriebsbedingungen. In AP 5 erfolgt die Untersuchung der drei MTR zur Leistungsfähigkeit im Normalbetrieb. Um die Ergebnisse für die Gesamtbewertung in AP 7, sowie für die Ableitung von Auslegungsparametern in AP 6 - Erstellung Planungsgrundlage so belastbar und reproduzierbar wie möglich zu gestalten, sollen die drei Antriebskonzepte parallel geprüft werden (bioverfahrenstechnisch gleicher Reaktor, erwartet werden unterschiedliche Herstellkosten, unterschiedlicher Betriebsaufwand, unterschiedlicher Energiebedarf), so dass sich bioverfahrenstechnisch ein Dreifachversuch ergibt. Bei der Erstellung der Planungsgrundlage wird der Projektpartner STC bereits während der Versuchsphasen erhaltene Erkenntnisse in die Planung und Auslegung sowie in die Auswahl der Ausführungsvariante des Prototypen einfließen lassen. Auf dieser Basis soll in einem Folgevorhaben dieser Prototyp im vorkommerziellen Maßstab errichtet werden, um daraufhin ein vermarktungsfähiges Produkt ableiten und perspektivisch anbieten zu können. Sinn und Zweck dieses AP ist die Einsparung von Zeit und Kosten in erheblichem Maße auf dem Weg zur Erreichung der Marktreife. Durch die Planung, Auslegung des Praxismaßstabes soll ermöglicht werden, dass ein Folgevorhaben in einem Projektzeitraum von 3 Jahren TRL 6 und am Ende TRL 7 erreicht. Schon zum Ende des hier beantragten Vorhabens liegt die technische Planung vor, so dass * Die Stückliste zur Realisierung abgeleitet oder erstellt werden kann * Der notwendige Kostenrahmen eingeschätzt werden kann * Ein Pilotstandort gesucht und unterlagenbasiert notwendige Gespräche mit möglichen Standortpartnern, Genehmigungsbehörden etc. geführt werden können In der Konsequenz wird so ermöglicht, dass eine Pilotanlage im Praxismaßstab (=TRL 6) in den ersten 12 – 18 Monaten eines Folgevorhabens realisiert werden kann. Noch in einer üblichen Projektlaufzeit werden dann bis zu 2 Jahre Betriebszeit ermöglicht, ergo die Untergrenze eines TRL 7. AP 7 erarbeitet eine ökologische und ökonomische Bewertung der Technologie unter Berücksichtigung der Stoffströme und der Ergebnisse zum Betrieb der MTR. Zudem werden Anwendungsbereiche und Marktsegmente eruiert. Die Ausführungsvarianten werden auf ihre Anwendungseignung bewertet und eine Auswahl getroffen. Anschließend erfolgen die Ableitungen von Geschäfts- sowie Betriebsmodellen. Die THG-Emissionen werden für konkrete Betriebsmodelle gemäß dem Methodenhandbuch 6 bilanziert und darauf aufbauend wird das THG-Minderungspotential gegenüber der Ausgangssituation ermittelt.

Partner 03EI5484A

DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH
Bereich Biochemische Konversion

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Projektleitung:
Mathias Stur
Phone Icon +49 341 2434 527
Mail Icon Mathias.Stur@dbfz.de

Weitere Ansprechperson:

Prof. Dr. Walter Stinner +49 341 2434 524 Walter.Stinner@dbfz.de

Partner 03EI5484B

STC Engineering GmbH

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Projektleitung:
René Rödenbeck
Phone Icon +49 37608 295 21
Mail Icon R.Roedenbeck@stc-engineering.de

Weitere Ansprechperson:

Claudia Junghans c.junghans@stc-engineering.de Tabea Montag (ab Juli ‘26) T.Montag@stc-engineering.de