Bisher bleiben große Teile biogener Festbrennstoffe für die kleinskalige Stromerzeugung ungenutzt. Grund dafür sind vor allem die notwendigen hohen Verbrennungstemperaturen, welche Verschlackungen an Wärmeübertragerflächen begünstigen. Die Nutzung von kleinsten Wirbelschichtfeuerungen erlaubt dagegen eine effiziente Kühlung der Feuerung durch direkt eingebrachte Tauchheizflächen, z.B. eines Stirlingmotors. Durch den damit geringen notwendigen Luftüberschuss können, bei gleichzeitiger Brennstoffflexibilität, hohe Feuerungswirkungsgrade erreicht werden.
Basierend auf diesem Konzept wurde im Projekt “BioWasteStirling” eine hocheffiziente, brennstoffflexible und skalierbare Pilotanlage, bestehend aus einer 45 kW Wirbelschichtfeuerung gekoppelt mit einem 5 kW Stirlingmotor von Frauscher Thermal Motors, entwickelt und im Rahmen eines Feldtests im Dauerversuch erprobt. Die Dauerlauffähigkeit der entwickelten KWK-Anlage konnte mit holzartigen Brennstoffen bestätigt werden. Für den Einsatz von biogenen Reststoffen konnten weitere Maßnahmen und Optimierungen festgelegt werden, sodass das Projekt als Grundlage für den nächsten Schritt hin zur seriennahen Demonstrationsanlage dient. Neben der Erprobung im Feldtest wurden im Labor Untersuchungen zur Feinstaubabscheidung angestellt. Begleitet durch Strömungssimulationen wurden Kennfelder für die Partikelabtrennung von Horizontalzyklonen abgeleitet. Des Weiteren waren Untersuchungen zum Erosionsverhalten der Tauchheizflächen in der Wirbelschicht abhängig von Materialauswahl und –design im Fokus. Eine Betrachtung der Wirtschaftlichkeit, des Marktpotentials und der gesetzlichen Rahmenbedingungen schließt das Projekt ab.

Ergebnisse auf einen Blick:

- Die Dauerlauffähigkeit der entwickelten Mikro-KWK-Pilotanlage, basierend auf einer Wirbelschichtfeuerung und einem Stirlingmotor, konnte im Feldtest bestätigt werden.
- Für die Nutzung von holzartigen Brennstoffen konnte ein elektrischer Wirkungsgrad bis zu 16% erreicht werden, der Brennstoffausnutzunggrad erreichte 85%.
- Für die Nutzung problematischer biogener Reststoffe konnten aus den Dauerversuchen Optimierungspotentiale und klare Handlungsempfehlungen abgeleitet werden, welche als Grundlage für die konstruktive Weiterentwicklung der Anlage dienen.
- Die Feinstaubmessungen und Dauerlaufversuche zeigen eine Abhängigkeit der Emissionen von dem Bettmaterialzustand. Eine Anpassung der Horizontalzyklonauslegung erlaubt die Ausschleusung von gealtertem Material und ein kontinuierliches Bettmaterialmanagement konnte entwickelt werden.
- Das Erosionspotential in der kleinskaligen Wirbelschichtfeuerung ist nach umfassenden Laborversuchen als gering einzustufen. Die Haupteinflussfaktoren dabei sind die Partikelgrößenverteilung und anliegende Fluidgeschwindigkeit.
- Insgesamt ist das Mikro-KWK-Konzept zukünftig vor allem für holverarbeitende Betriebe im Kleingewerbebereich und in der Landwirtschaft mit Reststoffnutzung interessant.