BHKW´s könnten effizienter und wirtschaftlicher werden

Neue Reformgasmotortechnik erhöht elektrischen Wirkungsgrad um mindestens 10 %

Kleine Blockheizkraftwerke (BHKW) im Leistungsbereich von 50 kW elektrisch könnten künftig deutlich wirtschaftlicher betrieben werden. Möglich wird dies durch die Reformertechnologie, die parallel zum Betrieb des Verbrennungsmotors aus Erdgas und Wasserdampf ein energetisch höherwertiges Brenngas herstellt. Das Prinzip stammt aus der Dampfreformierung von Diesel und wurde auf den Reformgasmotor übertragen. Das erzeugte Brenngas (Reformat) besteht aus Wasserstoff, Methan, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid und wird direkt in den Motor geleitet. Dadurch wird weniger Brennstoff benötigt und der elektrische Gesamtwirkungsgrad des Systems erhöht sich signifikant. Der Clou des Reformgasmotor-Konzepts ist, dass keine zusätzliche Hilfsenergie von außen erforderlich ist, da die für die Reformierung erforderliche Wärme aus dem heißen Motorabgas entnommen wird.

Die ECC Automotive GmbH und die OWI Oel-Waerme-Institut GmbH haben nun zum Abschluss ihres gemeinsamen Forschungsprojektes an einer Versuchsanlage gezeigt, dass das gekoppelte System am Beispiel eines innovativen Gasmotors und eines Dampfreformers funktioniert. Am Motorenprüfstand wurde die thermische Energie des Abgases direkt für die Reformierung und Verdampfung genutzt. In den Versuchen mit einem auf hohe Abgastemperaturen optimierten Motor konnten durch die Reformierung mehr als 10 % der im Brennstoff enthaltenen Energie im System zurückgewonnen werden. Durch die Steigerung der erzeugten Strommenge kann bei einer Netzeinspeisung mit einer erhöhten Wirtschaftlichkeit von BHKW´s gerechnet werden. Gleichzeitig sind Einsparungen fossiler Ressourcen beziehungsweise bei den CO2-Emissionen im Vergleich zu konventionellen Systemen zu erwarten. Darüber hinaus kann eine integrierte Abgasnachbehandlung im Reformer umweltschädliche Emissionen von Kohlenwasserstoffen (Formaldehyd, Methan) sowie Kohlenmonoxid deutlich reduzieren.

Das Gesamtsystem besteht aus einem Erdgas-Verbrennungsmotor zur Stromerzeugung mit einer Leistung von 20 bis zu 40 kW elektrisch, einem Dampfreformer mit einem katalytisch beschichteten Plattenwärmetauscher und den benötigten Nebenaggregaten. Dieses Konzept wurde vom OWI bereits in ähnlicher Form für die Dampfreformierung von Dieselkraftstoff im Forschungsprojekt "MÖWE" erfolgreich zum Betrieb von Brennstoffzellen eingesetzt. Um eine maximale Wirkungsgradsteigerung im gekoppelten Betrieb zu erzielen, wurden der Verbrennungsmotor (ECC) und Reformer (OWI) aufeinander abgestimmt. Der Betrieb unter Bedingungen im Hochtemperaturbereich oberhalb von 700 °C erforderte Neuentwicklungen von Komponenten. Um den Motor mit dem energiereicheren "Reformgas" zu betreiben und die Reformgaserzeugung mit hoch wasserstoffhaltigen Brenngasen gefahrlos einzusetzen, war ein spezielles Saugrohr zu entwickeln. Zudem wurde der Motor hinsichtlich der Wärmeverluste so optimiert, dass eine möglichst hohe Abgastemperatur für die Reformierung zur Verfügung stand. In weiteren Entwicklungsschritten ist das Fernziel, die Technik auch auf mobile Anwendungsbereiche und alternative Kraftstoffe zu übertragen.

Das Projekt wurde durch das Land Nordrhein-Westfalen und die Europäische Union (EU) im Rahmen des "Ziel 2-Programms 2007-2013 (EFRE)" gefördert.
Über die OWI Oel-Waerme-Institut GmbH
Das OWI erforscht und entwickelt als gemeinnützige, freie Forschungseinrichtung in Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Forschung Konzepte und Technologien auf dem Gebiet der Wärme- und Stromerzeugung. Der Schwerpunkt liegt auf der energieeffizienten und schadstoffarmen Nutzung flüssiger fossiler und regenerativer Brenn- und Kraftstoffe. Das Ziel ist die Entwicklung neuer, marktfähiger Produkte. Das OWI ist ein An-Institut der RWTH Aachen und versteht sich als Mittler zwischen Grundlagenforschung und Anwendung. Im Rahmen des Technologietransfers bearbeitet das OWI sowohl aus öffentlichen Fördermitteln finanzierte Projekte als auch industrielle Forschungsaufträge. Zu den Kunden gehören beispielsweise Hersteller von Haushaltsheizungen, Unternehmen der Automobilzulieferindustrie, der Mineralölwirtschaft und des Industrieofenbaus.
Oel-Waerme-Institut GmbH (OWI)
Michael Ehring
Kaiserstrasse 100
52134 Herzogenrath
m.ehring@owi-aachen.de
49 (0)2407 / 9518 - 138
http://www.owi-aachen.de

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Neue Reformgasmotortechnik erhöht elektrischen Wirkungsgrad um mindestens 10 %

Kleine Blockheizkraftwerke (BHKW) im Leistungsbereich von 50 kW elektrisch könnten künftig deutlich wirtschaftlicher betrieben werden. Möglich wird dies durch die Reformertechnologie, die parallel zum Betrieb des Verbrennungsmotors aus Erdgas und Wasserdampf ein energetisch höherwertiges Brenngas herstellt. Das Prinzip stammt aus der Dampfreformierung von Diesel und wurde auf den Reformgasmotor übertragen. Das erzeugte Brenngas (Reformat) besteht aus Wasserstoff, Methan, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid und wird direkt in den Motor geleitet. Dadurch wird weniger Brennstoff benötigt und der elektrische Gesamtwirkungsgrad des Systems erhöht sich signifikant. Der Clou des Reformgasmotor-Konzepts ist, dass keine zusätzliche Hilfsenergie von außen erforderlich ist, da die für die Reformierung erforderliche Wärme aus dem heißen Motorabgas entnommen wird.

Die ECC Automotive GmbH und die OWI Oel-Waerme-Institut GmbH haben nun zum Abschluss ihres gemeinsamen Forschungsprojektes an einer Versuchsanlage gezeigt, dass das gekoppelte System am Beispiel eines innovativen Gasmotors und eines Dampfreformers funktioniert. Am Motorenprüfstand wurde die thermische Energie des Abgases direkt für die Reformierung und Verdampfung genutzt. In den Versuchen mit einem auf hohe Abgastemperaturen optimierten Motor konnten durch die Reformierung mehr als 10 % der im Brennstoff enthaltenen Energie im System zurückgewonnen werden. Durch die Steigerung der erzeugten Strommenge kann bei einer Netzeinspeisung mit einer erhöhten Wirtschaftlichkeit von BHKW´s gerechnet werden. Gleichzeitig sind Einsparungen fossiler Ressourcen beziehungsweise bei den CO2-Emissionen im Vergleich zu konventionellen Systemen zu erwarten. Darüber hinaus kann eine integrierte Abgasnachbehandlung im Reformer umweltschädliche Emissionen von Kohlenwasserstoffen (Formaldehyd, Methan) sowie Kohlenmonoxid deutlich reduzieren.

Das Gesamtsystem besteht aus einem Erdgas-Verbrennungsmotor zur Stromerzeugung mit einer Leistung von 20 bis zu 40 kW elektrisch, einem Dampfreformer mit einem katalytisch beschichteten Plattenwärmetauscher und den benötigten Nebenaggregaten. Dieses Konzept wurde vom OWI bereits in ähnlicher Form für die Dampfreformierung von Dieselkraftstoff im Forschungsprojekt "MÖWE" erfolgreich zum Betrieb von Brennstoffzellen eingesetzt. Um eine maximale Wirkungsgradsteigerung im gekoppelten Betrieb zu erzielen, wurden der Verbrennungsmotor (ECC) und Reformer (OWI) aufeinander abgestimmt. Der Betrieb unter Bedingungen im Hochtemperaturbereich oberhalb von 700 °C erforderte Neuentwicklungen von Komponenten. Um den Motor mit dem energiereicheren "Reformgas" zu betreiben und die Reformgaserzeugung mit hoch wasserstoffhaltigen Brenngasen gefahrlos einzusetzen, war ein spezielles Saugrohr zu entwickeln. Zudem wurde der Motor hinsichtlich der Wärmeverluste so optimiert, dass eine möglichst hohe Abgastemperatur für die Reformierung zur Verfügung stand. In weiteren Entwicklungsschritten ist das Fernziel, die Technik auch auf mobile Anwendungsbereiche und alternative Kraftstoffe zu übertragen.

Das Projekt wurde durch das Land Nordrhein-Westfalen und die Europäische Union (EU) im Rahmen des "Ziel 2-Programms 2007-2013 (EFRE)" gefördert.
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Oel-Waerme-Institut GmbH (OWI)
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