Motorische Verbrennung

Aktueller Stand der Emissionsminderung an Biogas-Blockheizkraftwerken (BHKW) sind entweder Oxidationskatalysatoren oder thermischen Nachverbrennungen. Der Nachbehandlung des Abgases ist eine Reduktion durch innermotorische Optimierungen der motorischen Verbrennung vorzuziehen, um die Abgasnachbehandlung zu minimieren. Denn nachgeschaltete Maßnahmen sind mit zusätzlichen Kosten und Wirkungsgradverlusten verbunden.

Im aktuellen Forschungsprojekt wird die innermotorische Optimierung mit Hilfe eines Verbrennungsmoderators erfolgen. Zu diesem Zweck wird Wasserstoff dem Biogas/Luft-Gemisch beigemischt, das zuvor entweder durch die Nutzung von Abgaswärme, durch eine separate Hydrolysestufe oder durch Wasserelektrolyse auf dem Gelände der Biogasanlage erzeugt wird. Neben der Senkung der Abgasemissionen werden eine Wirkungsgradsteigerung und eine erhöhte Teillastfähigkeit der BHKW angestrebt.

Wasserstoff besitzt besondere verbrennungstechnische Eigenschaften. Durch die hohe Brenngeschwindigkeit, die geringe Grenzspaltweite und die hohe Wärmeleitfähigkeit wird eine vollständige Umsetzung des Brennstoff-Luft-Gemisches im Zylinder begünstigt, die das Auftreten von Formaldehyd und unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas deutlich vermindert. Neben der reinen reaktionskinetischen Wirkung des Wasserstoffes, erhöht die Zugabe von Wasserstoff die Bandbreite der Betriebsparameter. Zum Beispiel kann der Motor mit einem höheren Kraftstoff-Luftverhältnis gefahren werden, da der Wasserstoff eine sichere Entflammung ermöglicht. Hierdurch wird die Bildung von Stickoxiden durch eine Senkung der maximalen Verbrennungstemperatur vermindert.

Abgasmessungen an einem Blockheizkraftwerk