Unter dem Stichwort Holzvergasung wird der gesamte Prozess der thermochemischen Vergasung von Holz zusammengefasst, also vereinfacht das Verfahren, um Strom und Wärme dezentral in kleineren Anlagen mit hohen Wirkungsgraden zu erzeugen, indem das erzeugte Produktgas (Holzgas) in einem Gasmotor genutzt wird.

Kraft-Wärme-Kopplung mit Holzpellets

Durch die Vergasung der Holzpellets und die anschließende Nutzung des Produktgases in einem Verbrennungsmotor mit Kraft-Wärme-­Kopplung wird die in den Holzpellets enthaltene Energie bestmöglich verwertet. Bei der Holzvergasung finden Pyrolysevorgänge statt, die durch den Einfluss hoher Temperaturen und Luftzufuhr aus dem Brennstoff Holz neben Holzkoks bzw. Holzkohle auch brennbares Gas entstehen lassen. Dieses kann ex­trahiert, gereinigt und anschließend weiterverwendet werden.

Die oberpfälzische Firma Burkhardt Energie- und Gebäudetechnik aus Mühlhausen entwickelt für diesen Prozess seit dem Jahr 2010 Holzvergaser in Serie. In diesen Anlagen wird das im Holzvergaser gereinigte Gas in einem sogenannten Blockheizkraftwerk (BHKW) weiterverwendet und dort zu Wärme und Strom umgewandelt. Die technisch komplexe Motortechnik erfordert eine stetige Überwachung der Holzgasqualität. Diese kontinuierliche Überwachung wird durch mehrere Sensoren des Herstellers Smartgas realisiert. Dabei wird das vorgereinigte Holzgas direkt und dauerhaft von mehreren Sensoren gemessen und in der Burkhardt-eigenen Software dargestellt. Zur Anwendung kommen drei Sensoren der FlowEvo-Serie für Methan (CH₄), Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenstoffdioxid (CO₂). Sie überwachen kontinuierlich die Holzgasqualität. Der Methansensor dient als Indikator für die in der Holzgasproduktion kritische Komponente Teer. Steigt bspw. der CH₄-Gehalt während des BHKW-Betriebes über 4,0 %, wird der Motor automatisch durch die Software so lange gestoppt, bis sich die Gasqualität wieder verbessert hat. An die Messung der Sensoren sind die Betriebszustände von Holzvergaser und BHKW auch bei Über- oder Unterschreitung vordefinierter Grenz­werte gekoppelt, um die Anlagentechnik zu schonen und Schäden zu verhindern.

Gassensoren für die Prozesssteuerung

NDIR-Sensoren bieten viele Vorteile für die Emissionsmessung, die Prozessmesstechnik und die Überwachung von Gaskonzen­trationen. Sie decken eine große Bandbreite messbarer Gase ab und arbeiten zuverlässig und präzise. Verschiedene Ausführungsformen lassen sich sehr einfach miteinander kombinieren, was auch komplexe Messaufgaben ermöglicht. Alle Sensoren zeichnen sich durch niedrige Detektionsgrenzen, geringe Drift, einen großen Temperaturbereich sowie ausgesprochen niedrige Betriebs- und Wartungskosten aus. Optische NDIR-Gassensoren basieren auf dem Prinzip der nichtdispersiven Infrarotabsorption. Das Messprinzip nutzt die Eigenschaft von Gasmolekülen, Infrarotstrahlung in spezifischen Wellenlängen zu absorbieren. Je höher die Konzentration des jeweiligen Gases ist, desto mehr Infrarotstrahlung absorbiert es. Der im Sensor verbaute Detektor registriert die abgeschwächte Lichtintensität der Strahlung und wandelt diese in ein Signal um, das der vorhandenen Gaskonzentration entspricht. Ein vorgeschaltetes und auf das jeweilige Gas angepasstes Interferenzfilter stellt sicher, dass der Detektor nur auf die Wellenlänge des Zielgases anspricht und somit möglichst selektiv arbeitet. Optische Gassensoren basieren also auf einem rein physikalischen Prinzip und im Gegensatz zu chemischen Verfahren verbrauchen sie sich somit nicht. Sie sind damit wesentlich wartungsärmer und langlebiger. Ein integrierter, optischer Referenzkanal dient dazu, fortwährend den optischen Gesamtzustand des Sensors zu bestimmen, um Messfehler, z.B. durch den Eintrag von Ablagerungen in die Optik oder Alterungserscheinungen des IR-Strahlers zu verhindern. Der geringere Wartungsaufwand und die zuverlässigen Messungen erhöhen die Anlagenverfügbarkeit.

Kalibrierung beim Anlagenbauer

Die Sensoren werden in der von Burkhardt entwickelten und gebauten Analyseeinheit eingesetzt, die kompakt konstruiert und einfach austauschbar ist. Das Messgas wird im Analyseschrank vor der Messung über eine Gaswäsche, einen Filter und eine Gaskühlung aufbereitet, um optimale Betriebsbedingungen für die Sensorik herzustellen. Die kompakte Bauweise und die einfache Handhabung der Sensoren ist dabei ein großer Vorteil. Vor allem die regelmäßige Kalibrierung der Sensoren ist in dieser Anwendung wichtig und einfach möglich, um verlässliche Messwerte zu gewährleisten. Die Smartgas-Sensoren können von Burkhardt selbst kalibriert werden, was eine klare Zeit- und Kostenersparnis bedeutet.

Autoren: Sebastian Weise, Head of Sales and Product Management,
Christian Sparn, Business Development Manager, Smartgas