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Bei der Gewinnung von Methan aus Biomasse durch hydrothermale Vergasung handelt es sich um ein neuartiges Verfahren, bei dem wässrige Suspensionen aus landwirtschaftlicher Biomasse unter so hohen Drücken und Temperaturen thermochemisch umgesetzt werden, dass die dafür eingesetzten Apparate beträchtlichen Festigkeitsanforderungen und weiteren Schwierigkeiten unterliegen. So sorgt die zunächst unvermeidliche Fracht an Ionen in der wässrigen Phase für eine Verschärfung der Korrosionsangriffe auf die Gefässwände, die im direkten Kontakt mit der Flüssigkeit stehen, und die Möglichkeit der unkontrollierten Ausfällung zur Wandhaftung neigender Salze erhöht die Gefahr, dass der Apparat verstopft wird.
Dem Hochdruck-Apparat, in dem die eigentliche Umsetzung in Methan ablaufen soll, muss folgerichtig ein Salzabscheider vorgeschaltet werden. Dieser ist selbst ein Hochdruckapparat und für das Funktionieren des gesamten Verfahrens von entscheidender Bedeutung.

Der Weg von einer Versuchs- oder Pilotanlage hin zu einer nächst leistungsfähigeren und grösseren Anlage erfordert also auch die sichere Auslegung und Konstruktion eines passenden Salzabscheiders, wobei der hohe Aufwand an Zeit und Geld für den Bau eines solchen Apparates praktisches Ausprobieren als eher ungünstig und wenig wünschenswert erscheinen lässt.

Dieses Projekt verfolgt den Ansatz, dass sich mit den Mitteln der Strömungssimulation Gewissheit über die Tauglichkeit eines konzipierten Salzabscheiders erlangen lässt, so dass ein solcher Apparat auf der Basis umfangreicher Berechnungen in all seinen Abmessungen festgelegt und zur Fertigung in Auftrag gegeben werden und danach mit nur geringfügigen Anpassungen zufrieden stellende Leistung erbringen kann.

Zur Simulation aller relevanten und erfassbaren Vorgänge in einem Salzabscheider vorgegebener Geometrie unter frei einstellbaren thermischen Randbedingungen wird das kommerzielle Software-Paket ANSYS-CFX eingesetzt. Alle noch nicht in der Software vorgefertigten Berechnungsroutinen und voreingestellten Parameter sollen in schrittweisem Abgleich von Simulationsdaten mit Messwerten aus der am Paul-Scherrer-Institut betriebenen Pilotanlage hinzuprogrammiert bzw. angepasst werden. Das so aufgewertete Programmpaket müsste einen in die Lage versetzen, auch noch nicht real existierende Apparate zur Salzabscheidung mit erst erdachten Geometrien verlässlich auf ihre Tauglichkeit hin beurteilen zu können und so zu einer am besten geeigneten Geometrie zu gelangen, die dann in einem Apparat verwirklicht wird.

Mit diesem Projekt wird die Gelegenheit wahrgenommen, durch Lösen des apparatetechnisch komplexesten Teilproblems einem in jeder sonstigen Hinsicht vorteilhaften Verfahren den Weg in die Anwendung zu ebnen. Das Projekt kann im Erfolgsfall der Startschuss in eine Zeit einer neuartigen Verwertung von Biomasse sein. Hier soll mit überschaubarem Aufwand geklärt werden, ob ein Verfahren, das weltweit bis anhin erst in wenigen Pilotanlagen erprobt wird, zukunftsweisend sein kann oder nicht.

Der ersten drei Meilensteine wurden erreicht. Die Temperaturverteilungen der Strömungssimulation stimmen in weiten Bereichten gut mit den Messwerten überein. In der Wahl der Berechnungsmethode, der Handhabung der Stoffdaten und dem Aufbau des Netzgitters haben wir durch einen intensiven Austausch mit Fachleuten am PSI und bei ANSYS (Hersteller der Software) eine beachtliche Methodensicherheit erlangt.

Teil dieser eingehenden Methodenklärung war es auch, zu definieren, mit welchen Softwarekonfigurationen und Algorithmen die Ausfällung und das Wachstum der Salzpartikel am besten in den Gang der Simulationsrechnungen zu implementieren wäre. Auch diese Klärung ist uns nun gelungen, und wir können die Trennwirkung des Salzabscheiders qualitativ nachvollziehen. Wir arbeiten derzeit an einer Verfeinerung der Methoden und fassen die Variation der Betriebsparameter sowie der Apparategeometrie ins Auge.

Weber, M. «Entsorgung organisch belasteter Abwässer. Oxidation bei überkritischen Bedingungen», Gas Wasser Abwasser · gwa, 78 (1998), 4, pp. 120-129;Vogel, F. und M. H. Waldner, «Methan aus nasser Biomasse. Hydrothermale Vergasung forst- und landwirtschaftlicher Biomassen», Gas Wasser Abwasser - gwa, 84 (2004), 5, pp. 327-335;
Waldner, M. H. and F. Vogel, «RenewableProductionofMethanefrom Woody BiomassbyCatalytic Hydrothermal Gasification», Ind. Eng. Chem. Res., 44 (2005), 13, pp. 4543-4551;
Waldner, M. H., Krumreich, F., Vogel, F., «Synthetic Natural Gas by Hydrothermal Gasification of Biomass. Selection Procedure towards a Stable Catalyst and its Sodium Sulfate Tolerance», Journal of Supercritical Fluids, 43 (2007), pp. 91-105.
Wellig, B., Weber, M., Lieball, K., Prikopsky, K., and Rudolf von Rohr, Ph. «Hydrothermal methanol diffusion flame as internal heat source in a SCWO reactor», Journal of Supercritical Fluids, 49 (2009), pp. 59-70.

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