Die Erzeugung von einspeisefähigem synthetischem Erdgas (engl. SNG, „synthetic natural gas“) aus erneuerbaren Festbrennstoffen wie Rest- und Abfallstoffen ist ein vielversprechender Ansatz zur Reduktion der CO2-Intensität im österreichischen Industrie- und Energiesektor. Die Zweibettwirbelschicht-Gaserzeugungstechnologie mit anschließender SNG-Synthese wurde bereits kommerziell umgesetzt. Dabei wurden im Zuge der Prozessentwicklung einige Punkte vernachlässigt, wodurch die Technologie am Markt bisher nicht konkurrenzfähig ist. Insbesondere wurde die ganzheitliche Prozessoptimierung, die Entwicklung eines holistischen Regelungs- und Automatisierungskonzepts und das Potential der Digitalisierung der Technologie unzureichend erforscht.

Ziel dieses Forschungsprojektes ist es nicht nur die einzelnen Forschungslücken zu schließen, sondern durch Fokus auf die Wechselwirkungen und Schnittmengen der einzelnen Forschungsbereiche das volle Potential der Digitalisierung, Automatisierung und Optimierung des Prozesses auszuschöpfen und eine Kostenreduktion bei hoher gleichbleibender Qualität zu ermöglichen.

Der Prozess bestehend aus Zweibettwirbelschicht-Gaserzeugung (engl. DFB „dual fluidized bed“ gasification) und Wirbelschicht-Methanierung wird modelliert, um eine Gesamtoptimierung (Simulationsstudien, Sensitivitätsanalyse, Skalierbarkeitsanalyse) zu ermöglichen. Basierend auf diesen Erkenntnissen wird ein Regelungskonzept entworfen, an einer 100 kW Pilotanlage integriert und getestet, sowie die Übertragbarkeit der F&E-Ergebnisse auf Industrieanlagen mittels industrieller Messdaten untersucht.

Die Effizienz der Datenauswertung und der Prozessüberwachung wird durch die Erstellung eines Digital Twins erhöht. Dieser erhält Live-Daten aus der Versuchsanlage und kann über Simulationsmodelle historische und aktuelle Anlagenzustände darstellen, sowie zukünftige vorhersagen. Dazu gehört auch die Implementierung eines Soft-Sensors zur Messung und Prognose der Gaszusammensetzung aus der Produktgaserzeugung sowie der Methanierung.

Weitere Informationen: https://projekte.ffg.at/projekt/3862075

Das Projekt wurde auch für den eAward2023 nominiert.

Ziele

Die Ziele des Projektes lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• Prozessoptimierung in der Prozessentwicklung: Optimierung der SNG Prozesskette unter Beachtung der technischen (Ausbeute, Effizienz), ökonomischen (Produktgestehungskosten) und ökologischen (CO2-Emissionen) Rahmenbedingungen
• Halb- bzw. Vollautomatisierte Steuerung und Regelung der SNG-Prozesskette durch den Einsatz von modellprädiktiven Reglern, gekoppelt mit Softsensoren
• Training und Support von Anlagenfahrern: Unterstützung beim Anlagenbetrieb, beim Anfahren der Anlage, bei Wartungstätigkeiten und bei Schulungstätigkeiten
• Prozessoptimierung im kommerziellen Betrieb: Jahresbetriebsstundenzahl und Automatisierungsgrad zu erhöhen durch Beschleunigung des Inbetriebnahmeprozesses, Optimierung des Betriebes, Erkennen von Betriebsstörungen und Planung von unterschiedlichen Betriebsmodi, um einen ökonomisch und ökologisch optimalen Betrieb zu gewährleisten (Prinzip des „economic dispatching“)
• Optimierte Planungsdokumente hinsichtlich Automatisierungs- und Regelungstechnik für Neuanlagen: Vereinfachung des Basic und Detail Engineering von Neuanlagen