Oxyfuel: Sauerstoff ersetzt Luft

28.05.2013

Oxyfuel: Sauerstoff ersetzt Luft

TU Darmstadt an neu bewilligtem Sonderforschungsbereich „Oxyflame“ beteiligt

Bei der sogenannten Oxyfuel-Verbrennung wird der Brennstoff anstelle von Luft mit einem Gemisch aus Sauerstoff und Rauchgas verbrannt. In einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft neu bewilligten Sonderforschungsbereich, an dem auch Forscher der TU Darmstadt beteiligt sind, soll diese Technologie grundlegend erforscht werden.

Nahansicht einer Gasflamme. Bild: Reaktive Strömungen und Messtechnik
Bei der Oxyfuel-Verbrennung wird Brennstoff anstelle von Luft mit einem Gemisch aus Sauerstoff und Rauchgas verbrannt (im Bild: Gasflamme). Bild: Reaktive Strömungen und Messtechnik

Trotz der mit der Energiewende verbundenen Umstellung auf regenerative Energien wird weiterhin auch der Rückgriff auf fossile Brennstoffe wie Kohle und Erdgas unverzichtbar bleiben. Das dabei freigesetzte CO2 gilt es im Interesse der Umwelt aber zu reduzieren. Hier setzen „Carbon Capture and Storage“-Methoden an, die unter anderem durch die Oxyfuel-Technologie vereinfacht werden.

Bei der Oxyfuel-Verbrennung fester Brennstoffe wie Kohle und Biomasse in einer Atmosphäre aus Kohlendioxid, Wasser und Sauerstoff fällt im Abgas nur noch Wasser und CO2 an. Damit entfällt eine aufwendige Abtrennung des Treibhausgases im Abgas. Der Ersatz des Luftstickstoffs im Brennraum führt jedoch unter anderem zu einem völlig neuen, instabileren Verbrennungsverhalten.

Der Sonderforschungsbereich/Transregio „Oxyflame – Entwicklung von Methoden und Modellen zur Beschreibung der Reaktion fester Brennstoffe in einer Oxyfuel-Atmosphäre“ will die Oxyfuel-Technologie grundlegend erforschen. An dem Projekt sind Wissenschaftler der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen (Sprecherhochschule), der Ruhr-Universität Bochum und der Technischen Universität Darmstadt beteiligt.

TU Darmstadt an allen drei Projektbereichen beteiligt

Die Darmstädter Wissenschaftler forschen in allen drei Projektbereichen von Oxyflame. Im Bereich „Physikalisch-Chemische Grundlagen“ stehen die Vorgänge am porösen Brennstoffpartikel im Fokus des Interesses. Wissenschaftler vom Institut Energiesysteme und Energietechnik (Prof. Dr.-Ing. Bernd Epple) sollen in einem Teilprojekt etwa Modelle zur Beschreibung der Chlor- und Schwefelchemie bei der Oxyfuel-Verbrennung entwickeln.

Im Bereich „Nichthomogene Strömungs- und Verbrennungsvorgänge“ spielen skalenübergreifende Phänomene, wie etwa die Partikeldynamik in turbulenter Strömung eine entscheidende Rolle. Hier sind die Fachgebiete Reaktive Strömungen und Messtechnik (Prof. Dr. Andreas Dreizler) sowie Energie- und Kraftwerkstechnik (Prof. Dr.-Ing. Johannes Janicka) beteiligt. Weitere Teilprojekte an der TU Darmstadt werden von Dr.-Ing. Jochen Ströhle, Prof. Dr. rer. nat. Amsini Sadiki (Energiesysteme und Energietechnik) und Prof. Dr. Volker Ebert (Reaktive Strömungen und Messtechnik) geleitet.

Der dritte Projektbereich „Gekoppelte Prozesse und Gesamtsystem“ soll komplexe Prozesse mit Anwendungsbezug erforschen. Ein zentrales Validierungsprojekt von Oxyflame, in dem Aachener und Darmstädter Forscher kooperieren, soll etwa die experimentelle Datenbasis liefern für die Validierung der numerischen Simulationen von Oxyfuel-Flammen. In einer späteren Projektphase von Oxyflame sollen Experimente zur Validierung bei einer Leistung von mindestens 0,5MWth an der Versuchsanlage zur Abscheidung von CO2 der TU Darmstadt durchgeführt werden.

94 Millionen Euro Fördergeld

Der zuständige Bewilligungsausschuss der DFG hatte auf seiner Frühjahrssitzung in Bonn beschlossen, zwölf neue Sonderforschungsbereiche (SFB) einzurichten. Die neuen SFB werden mit insgesamt 94 Millionen Euro für zunächst drei Jahre und neun Monate gefördert. Hinzu kommt eine jeweils 20-prozentige Programmpauschale für indirekte Kosten, die sich aus den Forschungsprojekten ergeben.

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