Thermochemische Rekuperation

In diesem Arbeitspaket wird die Wasserstoffgewinnung durch Reformierung von Biogas unter Nutzung der Abwärme des BHKW entwickelt. Dieser Prozess wird auch thermochemische Rekuperation genannt.

Die thermochemische Rekuperation beschreibt die Umwandlung von Wärmeenergie in chemisch gebundene Energie innerhalb eines Prozesses. Dies ist insbesondere für Biogas-betriebene BHKW interessant. In der Regel existieren aufgrund der meist dezentralen Lage keine ausreichenden Wärmesenken zur Nutzung der Abgasenergie. Die thermochemische Rekuperation bietet damit die Möglichkeit, ungenutzte Abgasenthalpie in zusätzliche elektrische Energie umzuwandeln. Voraussetzung ist eine „chemische“ Wärmesenke, z.B. eine endotherm ablaufende chemische Reaktion. Dazu gehören die Dampfreformierung (Biogas+Wassersdampf) und die Trockenreformierung (nur Biogas). Die Abgasenergie wird partiell oder komplett in ein Wasserstoff und Kohlenmonoxid-haltiges Synthesegasgas umgewandelt. Die benötigte Reaktionsenthalpie kann dem Abgasstrang des BHKW entnommen und über einen Wärmeübertrager, der parallel als Reaktor agiert, dem Prozess wieder zugeführt werden (siehe Abbildung).

Das hierdurch gewonnene Synthesegas wird dem eigentlichen Biogas wieder zugemischt und mit diesem zusammen im Motor verbrannt. Der Gesamtenthalpiestrom dieser Mischung ist gegenüber dem Enthalpiestrom des zugeführten Biogases dabei um den Betrag der übertragenen Abgasenthalpie erhöht.

Durch diese Maßnahme wird der Betrag ungenutzter Abwärme reduziert und damit der Gesamtwirkungsgrad der Biogasanlage erhöht. Gleichzeitig werden unerwünschte Emissionen vermieden. Interessant ist hierbei auch die Betrachtung der eingesetzten Substratmenge der vorgelagerten Biogasanlage. Diese kann unter der Annahme einer konstanten elektrischen Leistung des BHKW reduziert werden, wodurch Kosten und Transportemissionen reduziert werden.

Fließbild der thermochemischen Rekuperation