Klimaziele erreichbar machen

Sonderforschungsbereich/Transregio „Oxyflame“ erneut gefördert

25.05.2021

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat die Förderung des Sonderforschungsbereichs/Transregio 129 „Oxyflame – Entwicklung von Methoden und Modellen zur Beschreibung der Reaktion fester Brennstoffe in einer Oxyfuel-Atmosphäre“ um eine dritte Förderperiode von vier Jahren verlängert. Dafür wurden Mittel in einer Höhe von rund zehn Millionen Euro bewilligt. Teams der RWTH Aachen, der TU Darmstadt und der Ruhr-Universität Bochum setzen ihren Fokus auf Biomasse, um CO 2 -Emissionen zu verringern.

In der dritten Förderperiode steht die Verbrennung von fester Biomasse in Vordergrund.

Die Reaktion in Oxyfuel-Atmosphäre ist eine Methode, um das bei der energetischen Nutzung kohlenstoffhaltiger Festbrennstoffe entstehende CO2 möglichst effizient und vollständig für eine Abscheidung vorzubereiten. Dazu erarbeiten die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler validierte und generalisierte Modelle der Oxyfuel-Verbrennung von fester Biomasse in einer Atmosphäre, die im Wesentlichen aus CO2, O2 und H2O besteht.

Zur Entwicklung von Methoden und Modellen standen in den ersten beiden Förderperioden fossile Brennstoffe im Vordergrund, während in der dritten Förderperiode nun der Fokus auf Biomasse liegt. Dieser regenerative Brennstoff ist CO2-neutral und erlaubt in Kombination mit CO2-Abscheidung und Speicherung beziehungsweise Nutzung „negative“ CO2-Emissionen. Dies ist absolut vordringlich, um die im Pariser Abkommen vereinbarten Klimaziele zu erreichen.

Neues Systemverhalten

Der Ersatz des Stickstoffanteils der Luft durch die bei hohen Temperaturen am Brennstoffpartikel sehr aktiven und strahlungswirksamen Komponenten CO2 und H2O hat ein völlig neues Systemverhalten zur Folge, das zu veränderten chemischen Umsatzraten, aber auch zu Instabilitäten sowie zu örtlichen Zünd- und Löscherscheinungen führen kann. Dies wirkt sich auf sämtliche Transportprozesse aus, wobei die zugrundeliegenden Größenskalen von der atomaren Skala – circa 0,1 nm – bis zu den Abmessungen typischer Kesselanlagen – Größenordnung 10 bis 100 m – reichen. Zur Auflösung dieser Skalen und der Identifizierung der die Transportprozesse dominierenden Mechanismen werden innerhalb des SFB/Transregio sowohl Grundlagenexperimente wie auch Validierungsexperimente an Festbrennstoffflammen im Kraftwerksmaßstab durchgeführt. Die Modellbildung reicht von molekulardynamischen Simulationen über Ansätze, welche die Turbulenz ganz oder teilweise auflösen, bis hin zur Multiskalen-Beschreibung des Gesamtsystems durch Large-Eddy-Simulationen (LES) unter Berücksichtigung der Einzelphänomene.

Die im Transregio-Verbund erarbeiteten Simulationsmodelle und -methoden werden in der bevorstehenden dritten Projektphase in ein offen verfügbares Gesamtmodell, genannt „OxySim-129“, überführt. Das Modell soll Anlagenbauer und Kraftwerksbetreiber in die Lage versetzen, Brenner und Kraftwerkskessel schneller und günstiger planen und auslegen zu können. Passend zu diesem Anspruch wurde auch ein auf Erkenntnissen aus Oxyflame basierendes Transferprojekt mit einem Partner aus der Zementindustrie beantragt, um die Ergebnisse und Erkenntnisse des SFB/Transregio in der industriellen Praxis umzusetzen.

Die Sprecherrolle im SFB/Transregio hat Professor Reinhold Kneer, Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung an der RWTH Aachen, inne. Sprecher des Standorts TU Darmstadt ist Professor Andreas Dreizler, Leiter des Fachgebiets Reaktive Strömungen und Messtechnik. Beteiligt sind ferner die TU-Fachgebiete Energiesyteme und Energietchnik sowie Simulation reaktiver Thermo-Fluid Systeme.

RWTH/feu