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 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. Das Prinzip stammt aus der Dampfreformierung von Diesel und wurde auf den Reformgasmotor übertragen.
Über 10 % Energie zurückgewinnen
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 Blockheizkraftwerken 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.
Weitere Informationen:
www.owi-aachen.de
