Vom Rohmaterial zum Brennstoff
Fast 80 Prozent der Energie weltweit werden durch Verbrennungsprozesse erzeugt. Diese Prozesse, die im Idealfall CO2-frei ablaufen, sind ein wesentlicher Bestandteil unserer Energieversorgung. Deshalb ist es entscheidend, die Eigenschaften der Brennstoffe genau zu kennen, sowohl ihre Energie als auch ihre chemische Zusammensetzung.
Im Rahmen ihres Praktikum am LEAT sollen die Schüler*innen die Fragen ergründen, wie viel Energie in einer Snickers-Verpackung steckt, die als Beispiel für einen Abfallbrennstoff dient. Oder wie viel Kohlenstoff in Buchenholz enthalten ist, das als CO2-neutraler Biomassebrennstoff gilt. Um das herauszufinden, muss der Brennstoff erst einmal vorbereitet werden.
In einer Kryogenmühle werden die Rohstoffe zu winzigen Partikeln zermahlen, nachdem sie zuvor auf etwa -193°C mit Flüssigstickstoff gekühlt wurden. Durch verschiedene einstellbare Parameter des Mahlprozesses wird die endgültige Größe der Partikel bestimmt. Mit einem sogenannten „Mastersizer“ wird dann optisch die Größenverteilung in der zermahlenen Brennstoffprobe untersucht. Schließlich werden die verschiedenen Größenfraktionen mithilfe einer Siebmaschine voneinander getrennt.
Brennstoffcharakteristiken erforschen
Nach der Brennstoffaufbereitung führen die Schüler*innen verschiedene Analysen durch. Sie bestimmen die Konzentrationen von Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff im Brennstoff mithilfe einer Elementaranalyse. Dafür wird eine kleine Menge des aufbereiteten Brennstoffs mit reinem Sauerstoff verbrannt. Die Untersuchung der Verbrennungsgase gibt dann Aufschluss über die enthaltenen Elemente im Brennstoff. Die Menge an Energie, die bei der Verbrennung in Form von Wärme freigesetzt wird, kann mit einem Kalorimeter gemessen werden. Dabei wird eine kleine Menge der Brennstoffprobe verbrannt, und die entstehende Wärme erhöht die Temperatur des umgebenden Wassers. Aus dieser Temperaturerhöhung des Wassers kann dann der Brennwert der Probe berechnet werden.
Der LEAT erforscht in Zusammenarbeit mit Industriepartnern verschiedene Aspekte der Verbrennung von Brennstoffen. Dazu gehören die Entwicklung von sauberen Verbrennungsprozessen, das Verhalten von Partikeln während der Verbrennung und die Simulation dieser Prozesse. Im Rahmen eines Forschungsprojekts mit der Deutschen Forschungsgemeinschaft untersuchen Forschende das Verbrennungsverhalten von biogenen Brennstoffen in sauerstoffreichen Atmosphären, die als Oxyfuel bezeichnet werden. Diese Technologie ermöglicht es, das entstehende CO2 effizient zu speichern, ohne aufwendige Reinigungsverfahren.
Um bestehende Kraftwerke für den Betrieb unter Oxyfuel-Bedingungen umzurüsten, arbeiten wir an der Entwicklung von mathematischen Modellen und Simulationen. Dabei spielen verschiedene Methoden zur Brennstoffaufbereitung und -analyse eine wichtige Rolle und sind grundlegend für die Forschungsarbeit.
Weitere Infos gibt es unter www.leat.rub.de