Technische Kapazitäten am DBFZ
Seit seiner Gründung im Jahr 2008 wurden am DBFZ zahlreiche technische Anlagen und Versuchsstände errichtet, die eine praxisnahe Erforschung wissenschaftlicher Fragestellungen auf dem Gelände der Forschungseinrichtung ermöglichen. Bis 2015 soll die vorhandene technische Infrastruktur noch um ein neues, komplett ausgestattetes Technikum sowie um eine Forschungsbiogasanlage in realem Maßstab ergänzt werden, die sich momentan im Aufbau befindet. Weitergehende Beschreibungen der vorhandenen technischen Kapazitäten finden sich im Folgenden:
Kompaktierungstechnikum
Im Kompaktierungstechnikum des DBFZ werden auf Basis umfangreicher und anerkannter Erfahrungen Untersuchungen zur Aufbereitung biogener Rohstoffe mit Kernkompetenz im Bereich Herstellung von holzartigen aber insbesondere auch alternativen Rein- und Mischbrennstoffpellets durchgeführt. Für die Vorbehandlung der Materialien stehen verschiedene Mühlen- und Mischtechniken (Hammer-, Schneid-, Prallmühle sowie Zwangs- und Freifallmischer) sowie auch ein Torrefizierungsreaktor zur Verfügung. Mittels 15 kW-Ringmatrizenpresse können quasikontinuierlich Biomasse(misch)pellets hergestellt werden. Auf einer Hallenfläche von mehr als 800 m2 lagern derzeit über 250 Brennstoffvarianten. In Zusammenarbeit mit dem Analytiklabor des DBFZ werden mit spezieller Analyse- und Messtechnik die Prozesse und Vorgänge während und das Produkt nach der Zerkleinerung, Vorbehandlung und Kompaktierung im Detail betrachtet und bewertet. Die erzeugten Pellets können vollständig nach den europäischen Normen charakterisiert werden. Zusätzlich werden neue Analyse- und Bewertungsmethoden entwickelt und angewandt. Der Einfluss der brennstoffseitigen Modifikationen auf die Verbrennung und die dabei gebildeten Emissionen können im Verbrennungstechnikum des DBFZ untersucht werden. Dabei wird eine brennstoffseitige Optimierung angestrebt, um sicherzustellen, dass die Verbrennungseigenschaften und das Emissionsverhalten der Festbrennstoffe den Einsatz in geeigneten kleinen und mittleren Feuerungsanlagen mit weniger als 1 MW Heizwärmeleistung erlaubt und perspektivisch Brennstoffe mit erheblich besserem Verbrennungsverhalten zur Verfügung stehen, mit deren Hilfe eine deutliche Emissionsreduzierung realisiert werden kann. Das übergeordnete Ziel bei allen Arbeiten ist es, den Prozess der Kompaktierung immer besser zu verstehen und zukünftig auch prognostizieren zu können, um neue und innovative feste Bioenergieträger für die Anwendungen der Zukunft (z.B. emissionsarme Kleinstfeuerungsanlagen und Mikro-KWK) bereitstellen zu können.
Ansprechpartner: Andreas Pilz (andreas.pilz(at)dbfz(dot)de)
Verbrennungstechnikum
Auf der Basis umfangreicher und anerkannter Erfahrung realisieren das Verbrennungstechnikum sowie das Analytiklabor des DBFZ verschiedenste Tests und Experimente in enger Zusammenarbeit mit führenden Partnern aus Forschung und Industrie. Im Verbrennungstechnikum werden mittels thermo-chemischer Umwandlung Experimente an Roh- oder vorkonditionierter Biomasse durchgeführt. Darüber hinaus können Abgas-Emissionen und Partikelbildungsprozesse detailliert analysiert werden. Das Verbrennungstechnikum ist mit einem Vollstromverdünnungstunnel, einem Abscheiderprüfstand mit variablem Volumenstrom, einem Kaminofenprüfstand, einem Katalysatorentwicklungsstand, 15 Abgas-Analysegeräten (einschließlich FTIR, SMPS, Expositionskammer) sowie sieben Staubmesseinrichtungen und acht Kesseln an verschiedenen Versuchsaufbauten ausgestattet.
Ansprechpartner: Justus von Sonntag (justus.von.sonntag(at)dbfz.de)
Analytiklabor
Das Analytiklabor untersucht flüssige Kraftstoffe, feste Brennstoffe, Biogassubstrate, Nebenprodukte und Reststoffe, Aschen, Filterstäube und Abwasser auf ihre chemische Zusammensetzung für die Beurteilung der Einsatzmöglichkeiten der verschiedenen Biomassen. Dabei stehen u.a. folgende Geräte zur Verfügung: Karl-Fischer-Headspace-Titrator, Bombenkalorimeter, Stabinger-Viskosimeter, Ionenchromatographie, Voltammetrischer Meßplatz, Elementaranalyse, EC/OC, ICP-OES, Flammpunktprüfgerät, Kupferkorrossionstest, zwei Mikrowellenaufschlusssysteme, eine Gefriertrocknungsanlage sowie ein Gerät zur Bestimmung des Destillationsverlaufes. Die Analytik erfolgt nach den gängigen Normen sowie nach problemorientierter Methodenentwicklung. Die folgenden Dienstleistungen werden angeboten: Kraftstoffanalytik, Brennstoffanalytik sowie Biogassubstrate / Nährstoffe.
Ansprechpartner: Sascha Förster (sascha.foerster(at)dbfz.de)
Biogaslabor
Die Ausstattung des Biogaslabors ist darauf ausgerichtet, großtechnische Vorgänge im labor- und halbtechnischen Maßstab mit entsprechender begleitender Analytik zu simulieren. Die Ziele liegen dabei in der Prozessoptimierung sowie in der Erweiterung des grundlegenden Verständnisses der ablaufenden Teilprozesse der Methanbildung. Dafür stehen umfangreiche (kontinuierliche und diskontinuierliche) Versuchsanlagen mit Reaktionsvolumina zwischen 0,25 und 500 Litern und perspektivisch die im Bau befindliche Versuchsbiogasanlage zur Verfügung. Im Auftrag verschiedener Partner aus Forschung und Industrie werden unterschiedlichste Substratmischungen aus Landwirtschaft, Abfallwirtschaft und Industrie untersucht. Neben der prozessbegleitenden Analytik stellt die Feinanalytik einen besonderen Schwerpunkt dar. Hier stehen den Wissenschaftlern u.a. eine HPLC sowie Gaschromatographen (GC) zur Analyse von Zwischenprodukten zur Verfügung. Durch die Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) sind auch mikrobiologische Untersuchungen möglich. Neben der Simulation im Labor und der damit verbundenen stationären Technik gehören verschiedene Messgeräte zu Untersuchungen im Feld zum Bestand. In Kombination können so die Bewertung der Effizienz von Anlagen sowie der Emissionssituation von großtechnischen Anlagen durchgeführt werden.
Ansprechpartner: Jan Liebetrau (jan.liebetrau(at)dbfz.de)
Motorprüfstand
Vor dem Hintergrund der immer komplexer werdenden Anforderungen an Kraftstoffe im Verkehrssektor wurde ein Motorprüfstand für Forschungszwecke am DBFZ in Betrieb genommen. Primäres Ziel des Prüfstandes ist die Erprobung (neuartiger) erneuerbarer Kraftstoffe im Verbrennungsmotor. Im Speziellen sollen mit Hilfe des Einzylinderforschungsmotors die thermodynamische Umsetzung (z.B. Leistung und Verbrauch), gesetzlich limitierte und nichtlimitierte Rohemissionen, Materialverträglichkeit des Kraftstoffsystems, Motorölverdünnung und der Einsatz von Abgasnachbe-handlungssystemen bezüglich des Kraftstoffs untersucht werden. Für diese Zwecke stehen den Mitarbeitern am DBFZ eine Reihe von unterschiedlicher Mess- und Analysetechnik zur Verfügung. Die Abgasemissionen können u.a. mittels FTIR-Spektrometer, Smokemeter, PMD, FID, Lambdameter und NDIR bestimmt werden. Die Verbrennungsanalyse erfolgt mittels einer Hochdruckindizierung, bei der der Brennverlauf am Computer online visualisiert wird. Des Weiteren können auf Grund der modularen Bauweise des Prüfstandes motortypische Eigenschaften wie z.B. Raildruck, Ladeluftdruck, Motoröltemperatur und Kühlwasser-temperatur frei konditioniert werden. Zurzeit können mit dem vorhandenen Motor ausschließlich Dieselkraftstoffe und dieselähnliche Kraftstoffe betrachtet werden, eine Adaption auf Motorenbenzine soll mit dem Technikumsneubau erfolgen.
Ansprechpartner: Jörg Schröder (joerg.schroeder(at)dbfz.de)
Forschungsbiogasanlage (im Bau)
Am DBFZ wurde bis Ende 2011 eine Forschungsbiogasanlage im technischen Maßstab errichtet. Die Anlage ergänzt das Spektrum der anwendungsorientierten Forschung am DBFZ zur Steigerung der Effizienz der Biogasproduktion. Die Konzeption sieht zwei unabhängige Anlagenstränge mit identischer Kapazität vor, die prinzipiell ein- und zweistufig, mit optionaler Hydrolyse, betrieben werden können. Der erste Anlagenstrang wird als Nassfermentation mit einem Hauptfermenter in Form eines stehenden Rührkessels mit Zentralrührwerk ausgeführt. Der zweite Anlagenstrang kann wahlweise mit einem baugleichen Hauptfermenter oder einem Pfropfenstromfermenter betrieben werden. Ein Nachgärer mit Gasspeicherdach sammelt die Gärreste aus beiden Strängen und leitet diese an das Gärrestlager weiter. Die Verwertung des Biogases erfolgt über ein Blockheizkraftwerk mit einer Leistung 75 kWel zur Deckung des Eigenenergiebedarfs der Anlage. Überschüssige Strom- und Wärmemengen können in das Netz des DBFZ abgegeben werden. Für die Substratversorgung können in geringen Mengen eigene Silagen auf dem Gelände der Anlage eingelagert werden. Besonderes Augenmerk wurde auf eine flexible Konfiguration der Anlage gelegt, erreicht wird dies durch ein komplexes Rohrleitungsnetz, welches nahezu beliebige Fermenterkombinationen zulässt. Zur exakten Bestimmung der Gasproduktionsmengen werden die Fermenter mit festen Behälterdächern ausgestattet, Entnahmestellen am Rohrleitungssystem und an der Gaserfassung ermöglichen die Probenahme und den Einbau von Messgeräten. Grundsätzlich ermöglicht die Anlage auch die spätere Installation einer Aufbereitungsanlage zur Bereitstellung von Biomethan im kleinen Leistungsbereich bis etwa 50 Nm3 h-1. Die Inbetriebnahme der Forschungsbiogasanlage ist nach Abschluss der Arbeiten für Mitte 2012 vorgesehen
Ansprechpartner: Elmar Fischer (elmar.fischer(at)dbfz.de)