Nachhaltige Zukunft Abfall in erneuerbares Synthesegas und Wasserstoff umwandeln

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Wildfire Energy, ein australisches Cleantech-Unternehmen, hat eine Anlage entwickelt, mit der Abfall in erneuerbares Synthesegas und Wasserstoff umgewandelt wird. Solche Anlagen zu betreiben, erfordert eine präzise Überwachung kritischer Prozessparameter. Dabei setzt das Start-up bei der Entwicklung der Pilotanlage auf die Messtechnik-Expertise von Endress+Hauser.

Angesichts der wachsenden Nachfrage nach kosteneffizienter Wasserstofferzeugung bei gleichzeitig reduzierten Treibhausgasemissionen hat das australische Cleantech-Unternehmen Wildfire Energy ein innovatives Anlagendesign entwickelt. Basierend auf dem bewährten Vergasungsprozess bei über 800 °C unterscheidet sich diese Technologie grundlegend von herkömmlichen Verfahren. Bei der horizontalen Vergasung mit beweglicher Injektion (Moving Injection Horizontal Gasification, MIHG) injiziert das Verfahren den Sauerstoff horizontal unter die Abfallschicht, wodurch der Abfall besonders effizient in erneuerbares Synthesegas und Wasserstoff umgewandelt wird. In einem nachgelagerten Prozess reinigen und separieren spezielle Verfahren den Wasserstoff, sodass er für verschiedene Anwendungen nutzbar wird. Einerseits kann der gewonnene Wasserstoff direkt als emissionsfreier Energieträger für Brennstoffzellen zum Einsatz kommen, beispielsweise im Verkehrssektor oder zur dezentralen Energieversorgung. Andererseits bietet sich die Nutzung in industriellen Prozessen an, etwa in der Stahl- und Chemieindustrie, wo grüner Wasserstoff fossile Brennstoffe ersetzt. Alternativ lässt sich das erzeugte Synthesegas direkt in Turbinen oder Motoren einsetzen, um Strom zu erzeugen – ein entscheidender Vorteil für Regionen mit begrenztem Zugang zu erneuerbaren Energien. Mit ihrem Ansatz strebt Wildfire Energy einen günstigen Wasserstoffpreis von 2 USD/kg an und schafft damit die Voraussetzungen für eine breite Anwendung des MIHG-Verfahrens.

Höhere Gesamteffizienz, skalierbare Anlagentechnik

Das MIHG-Verfahren bietet eine Vielzahl von Vorteilen, die es von herkömmlichen Vergasungstechnologien unterscheiden. Erstens ermöglicht MIHG die Verarbeitung heterogener Abfälle, ohne eine aufwendige und kostspielige Vorbehandlung. Während andere Verfahren Abfälle oft erst sortieren und zerkleinern müssen, verwertet MIHG unterschiedlich zusammengesetzte Materialien direkt. Dies spart nicht nur Kosten, sondern reduziert auch den Energieaufwand in der Vorbereitungsphase und macht den Prozess insgesamt effizienter.

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Zweitens zeichnet sich das MIHG-Verfahren durch eine hohe Energieausbeute aus, wenn es darum geht, Abfälle in nutzbare Energieträger zu verwandeln. So lassen sich beispielsweise etwa 42 Kilogramm Wasserstoff pro Tonne Einsatzmaterial (bei einem gemischten Abfall mit einem Heizwert von 12 MJ/kg) erzeugen. Diese hohe Effizienz ist ein wesentlicher Faktor, um die Wasserstoffproduktion wirtschaftlich attraktiv zu gestalten und den Rohstoffabfall bestmöglich zu verwerten.

Zusätzlich können die im erzeugten Synthesegas enthaltenen Fraktionen von Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H₂) flexibel weiterverarbeitet werden. Neben der direkten Nutzung als Brennstoff besteht die Möglichkeit, diese Komponenten zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe, wie Methanol oder Ethanol, zu verwenden. Diese vielseitige Verwertungsmöglichkeit macht das MIHG-Verfahren besonders interessant für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft und die Dekarbonisierung verschiedener Industriezweige. Dank eines modularen Aufbaus dürfte das MIHG-Verfahren auch die Möglichkeit kleiner, flexibler Anlagen eröffnen - ein wichtiger Faktor, um das Verfahren wettbewerbsfähig gegenüber der herkömmlichen Abfallverbrennung zu machen, die heute meist in Grossanlagen weitab von städtischen Zentren erfolgt. Dies ermöglicht kurze Transportwege von der Erzeugung bis zur Verwertung des Abfalls und eine entsprechende CO₂-Reduzierung beim Transport.

Messtechnik als wichtiger Hebel für die Technologie

Die Umsetzung des MIHG-Verfahrens bringt jedoch verschiedene technische Herausforderungen mit sich, insbesondere im Hinblick auf die präzise Überwachung der komplexen Abläufe innerhalb der Anlage. Um eine stabile und effiziente Abfallumwandlung zu gewährleisten, braucht es Sensoren, die kontinuierlich die Druckverhältnisse erfassen und eine präzise Prozesssteuerung ermöglichen. Temperaturfühler sind essenziell, um die Hitzeentwicklung zu überwachen, da sie direkt die Effizienz des Verfahrens beeinflusst. Gleichzeitig messen Durchflussmesser den Gasstrom, sodass die entstehenden Gase optimal genutzt und gezielt reguliert werden können. Damit die Materialzufuhr reibungslos funktioniert und Prozessstörungen vermieden werden, sind zuverlässige Füllstandssensoren erforderlich. Eine enge Zusammenarbeit mit erfahrenen Partnern stellt sicher, dass diese Mess- und Steuerungssysteme optimal aufeinander abgestimmt sind und der Gesamtprozess effizient abläuft.

Für die Entwicklung der Pilotanlage arbeitet Wildfire Energy deshalb eng mit Endress+Hauser zusammen. Durch den lokalen Support konnten im ersten Schritt die spezifischen Messanforderungen detailliert analysiert und geeignete Messinstrumente ausgewählt werden, die sowohl den komplexen Prozessbedingungen als auch den projektspezifischen Anforderungen gerecht werden. Ein besonderer Fokus lag auf der Überwachung der Reaktorleistung bei niedrigem Druck.

Hier kam der Cerabar PMC51B Druckmessumformer zum Einsatz, der auch unter diesen Bedingungen zuverlässige Messergebnisse liefert. Die Durchflussmessung wurde mit zwei unterschiedlichen Technologien realisiert: Das Vortex-Durchflussmessgerät Prowirl D 200 eignet sich speziell für Dampf- und Gasströme, während das Coriolis-Durchflussmessgerät Promass E 200 eine hochpräzise Massenstrommessung ermöglicht. Ergänzt wird das System durch den itherm Moduline TM111 Temperaturmessumformer, der auch unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen stabile und zuverlässige Temperaturwerte liefert.

Die energetische Nutzung von Abfall markiert damit einen Paradigmenwechsel: Sie rückt nicht nur das Kreislaufdenken stärker ins Zentrum industrieller Wertschöpfung, sondern erschliesst auch bislang ungenutzte Potenziale für eine dezentrale, resilientere Energieversorgung. Technologien wie das MIHG-Verfahren zeigen, dass Klimaschutz, Rohstoffeffizienz und wirtschaftliche Skalierbarkeit keine Gegensätze mehr sein müssen – sondern sich im besten Fall gegenseitig verstärken.

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