Hos Dong Energy så man for nogle år siden potentialet i en opfindelse udsprunget af et projekt på DTU. En lavtemperatur-forgasser, der forbehandler råstoffer som halm og laver dem om til en gas, der kan fyres af i kraftværkskedlen sammen med kul.
Forgasseren står i dag på Asnæsværket i Kalundborg og har en effekt på 6 MW, eller hvad der omtrent svarer til effekten fra to nyere havvindmøller. Siden april 2012 har den demonstreret, at der med den nyudviklede teknologi kan sendes forgasningsgas direkte ind i kedlerne på kulkraftværket og produceres bæredygtig elektricitet fra halm.
I 2006 påbegyndte Dong Energy en omstillingsproces, den såkaldte 85/15 vision, der hedder sådan, fordi 85 procent af Dong Energys el og varme dengang blev produceret med fossile brændsler, hovedsageligt kul. Og fordi visionen er, at Dong i løbet af de næste 30 år vil reducere udledningen af CO2 pr. produceret kWh til 15 procent af det nuværende niveau – og købet af forgasningsteknologien er derfor en naturlig del af denne vision.
Den problematiske halm
På de store kulfyrede kraftværker, hvor man supplerer med affyring af halm og andre askeholdige overskudsbiomasser (også kaldet samfyring), kan biomassen maksimalt komme op og udgøre 10-15 procent af den samlede mængde brændsel. En del af forklaringen er, at et kulfyret kraftværk kører med høje temperaturer for at få en høj elvirkningsgrad.
Og netop den høje temperatur er et problem, når der tales om at afbrænde en lang række af biomasser direkte i kedlen. Benny Gøbel, der er civilingeniør hos Dong Energy og til daglig står for udviklingen og vedligeholdelsen af forgasseren, uddyber:
”I Danmark er der hvert år store mængder af halm i overskud, og derfor er det en oplagt biomasse at udforske. I dag bruger vi allerede halm til at samfyre med på nogle af vores værker, men halm har et højt askeindhold, der indeholder alkaliske (basiske) forbindelser som kalium og natrium. Og netop asken og disse forbindelser er et stort problem, da det ved afbrænding ved høje temperaturer kan give ganske betydelige og uønskede belægninger og korrosion inde i kedlen.
Forgasseren (kaldet Pyroneer) tilbageholder langt størstedelen af disse askekomponenter og sorterer så at sige brændbart fra ikke brændbart materiale, inden den sender det videre ind i kraftværket. På den måde kan kraftværkerne øge deres fyring med biomasse ganske betydeligt – potentielt set op til 100 procent.”
Næringsstofferne tilbage til naturen
Den lave forgasningstemperatur i forbehandlingen af biomassen har også andre gavnlige konsekvenser. At der ikke dannes giftige stoffer, betyder nemlig, at de næringsstoffer, der med asken sorteres fra i processen, uden problemer kan føres tilbage til vores landbrugsjord og komme afgrøderne til gode. Noget, man ikke kan gøre med den aske, som kommer fra direkte samfyring med biomasse og kul.
Konstitueret programleder Ulrik Birk Henriksen fra DTU Kemiteknik forklarer:
”De fleste af næringsstofferne tilbageholdes i restproduktet efter forgasningen, og det forhold, at ingen af de farlige tjærestoffer, som ellers forekommer i aske fra højtemperatur-afbrænding, forekommer, betyder, at det er helt oplagt at føre næringsstofferne tilbage til jorden som gødning. Reststoffer fra forgasning af biomasse går også under betegnelsen bioaske. Anvendelsen af bioaske som gødning er et område, der har en voksende bevågenhed. Her på DTU laver man derfor forsøg både i vækstkamre og på marker, hvor man undersøger bioaskens gødningsegenskaber.”
Forventningen er, at gødningsværdien af asken er så god, at den kan bruges som erstatning for kommerciel kunstgødning, og at den kan anvendes i økologisk landbrug. Er dette tilfældet, ligger der altså også et kommercielt potentiale for Dong Energy i udnyttelsen af bioasken.
Et simpelt princip
Forgasseren er bygget op efter et simpelt princip. Biomassen varmes op til omkring 730 grader C, og fra denne proces udvikles der brændbare gasser, som til en start er blandet op med askestoffer og tjære.
”Og ved at anvende en cyklon – dvs. en kunstigt skabt hvirvelvind inde i en beholder – kan man få adskilt gas fra partikler, idet tyngdekraften sørger for, at de tungere partikler falder til bunds,” forklarer Ulrik Birk Henriksen og uddyber, at en del af gassen føres tilbage til pyrolyseenheden, hvor den bruges til opvarmning af biomassen, mens resten føres igennem endnu en cyklon og til sidst ind i kedlen til afbrænding. Da forgasningsgassen tilføres kedlen ved høj temperatur, har processen en meget høj energivirkningsgrad på omkring 95 procent, hvilket vil sige, at man kun har et energitab på fem procent af den energi, som biomassen indeholder.
I dag samfyrer Dong Energy mere end 0,5 mio. ton halm af om året på sine kraftværker, men bygger man bare en forgasser på 100 MW, vil den alene kunne forgasse op til 200.000 ton halm om året. Til sammenligning har vindmølleparken på Horns Rev 1, der består af 80 vindmøller, en samlet effekt på 160 MW.
Industriaffald og hønselort
Halm er kun et enkelt eksempel på, hvad forgasseren kan ’spise’. Faktisk kan den klare alt fra industriaffald til husdyrgødning samt det, som betegnes ’småt brændbart’ på genbrugspladsen, og som allerede nu sorteres fra. Ting som f.eks. cykelslanger, gammelt tøj og bøger. Forgasseren åbner mulighed for at anvende en hel række alternative biomasser, da mange spår, at der vil blive stor efterspørgsel efter de populære træpiller i fremtiden.
Udviklingsgruppen på DTU har allerede lavet flere succesfulde forsøg med de forskellige typer af tilgængelige restprodukter af biomasse som f.eks. biogas-fibre, tørret gødning fra høns og svin og pektinrester (industriaffald fra geleringsfremstilling).
”Vi er utrolig glade for vores tætte samarbejde med DTU, da forskerne er med til gøre projekter som dette mere langsigtede. De sørger for at bære idéerne videre og videreudvikle koncepterne – og så trækker vi igennem kontakten til DTU på et kæmpe netværk, hvilket bl.a. illustreres i dette projekt, hvor DTU har forskere, der kan se på livscyklus, alternative biomasser og udnyttelsen af askestofferne (bioasken, red.) til landbruget,” siger Benny Gøbel fra Dong Energy.
Et af de konkrete projekter, som DTU og Dong Energy arbejder videre med i forbindelse med forgasseren, er en mere raffineret proces, hvor målet er at få en gas ud af biomassen, der er så ren, at den kan anvendes direkte til andre formål end til afbrænding på kraftværker. Det gøres bl.a. med partikelrensning. Potentialet er, at denne rene gas kan anvendes i gasmotorer, gasturbiner og som syntesegas (bestående af CO og brint), der igen kan konverteres til flydende methanol eller DME (dimethylether) – et brændstof, som mange spår en stor rolle som fremtidens brændstof i biler.
Opskalering til 100 MW
Nu, hvor det er demonstreret, at forgasseren virker efter planen, er det Dong Energys intention at opskalere til en større forgasser på 50 MW inden for en kort årrække, for som Benny Gøbel siger: ”Så er det bare at øge mængderne og bygge større; en forgasser på op til 100 MW er på ingen måder utænkelig.”
De store forgassere kunne i første omgang stå ved Dong Energys kraftværker i Aarhus, hvor halm-infrastrukturen med levering, opbevaring og forbehandling allerede er etableret, da man her kører med op til 15 procent samfyring af halm i kedlerne.
”Forgasseren er forholdsvis billig at fremstille; den er teknisk simpel; nem at vedligeholde og ligetil at regulere og styre. Så potentialet er stort,” slutter Benny Gøbel.
Læs hele artiklen i DYNAMO 29