Lösung des Umweltkostenproblems im Zusammenhang mit Biomasse-Verkokung: Qiyuan sucht nach Finanzierungsmitteln

Das Demonstrationsprojekt von Qiyuan für Biomasse-Valorisation und Kohlenstoffvermögen sucht eine Finanzierung in Höhe von 1,5 Millionen Yuan in der Angel-Runde. Diese Finanzierung dient nicht dazu, eine neue Technologie von Grund auf neu zu entwickeln, sondern zielt darauf ab, die bereits ingenieurtechnisch validierte Biomasse-Nutzungstechnologie in der Region Jiangsu-Zhejiang erneut industriell zu reproduzieren. Durch die Umrüstung bestehender Systeme, Installation, Inbetriebnahme und Dauerbetrieb soll ein Demonstrationsprojekt entstehen, das derzeit besichtigt werden kann, Daten erfasst und von Dritten überprüft werden kann.

Der Projektträger plant, die Finanzierung in zwei Phasen aufzuteilen: Die derzeit angestrebten 1,5 Millionen Yuan dienen hauptsächlich der Durchführung der industriellen Reproduktion; nach erfolgreicher Reproduktion ist eine weitere Finanzierung von etwa 3,5 Millionen Yuan vorgesehen, die für die Erfassung von Betriebsdaten über einen längeren Zeitraum, Prüfungen und Zertifizierungen durch Dritte sowie die Zertifizierung nach anwendbaren internationalen Kohlenstoffstandards verwendet werden soll. Nach der Schaffung der Grundlagen für ingenieurtechnische Reproduktion und Zertifizierung wird eine größere Finanzierung und Marktreplikation vorangetrieben.

Die Nutzung von Biomasse besteht nicht nur daraus, „ob es verbrannt werden kann“, sondern erfordert auch die Lösung von Problemen im Zusammenhang mit Stabilität, Umweltschutz und Kosten

Land- und Forstabfälle wie Stroh, Reishülsen, Sträucher und Holzspäne verfügen über einen Wert für die energetische Nutzung, aber im Vergleich zu Brennstoffen mit hohem Standardisierungsgrad wie Kohle sind Bestandteile und Formen von Biomasse komplexer.

Bei der traditionellen direkten Verbrennungsroute von Biomasse wird das Rohmaterial normalerweise in einen einzigen Hochtemperaturbereich zur Verbrennung eingebracht. Nach den technischen Unterlagen von Qiyuan neigen in diesem Prozess Alkalimetalle wie Kalium und Natrium in der Asche von Biomasse unter Hochtemperaturbedingungen dazu, zu verdampfen und mit dem Rauchgas zur Niedertemperatur-Heizfläche zu wandern, was zu Problemen wie Verkokung, Staubablagerung und Hochtemperaturkorrosion führt und den Dauerbetrieb von Geräten beeinträchtigt sowie die Wartungskosten erhöht.

In einigen technischen Routen der Vergasung treten die Probleme in einer anderen Form auf. Beispielsweise müssen die Rohmaterialien zerkleinert und getrocknet werden, und das erzeugte rohe Synthesegas erfordert eine weitere Behandlung von Verunreinigungen wie Teer, Staub und Alkalimetallen, was die Vorbehandlung und nachgeschaltete Reinigungsstufen erweitert.

Das bedeutet, dass die tatsächlichen industriellen Probleme von Biomasse-Energieprojekten nicht einfach darin bestehen, „die Biomasse zum Brennen zu bringen“.

Für Nutzer von Industriedampf, Biomasse-Wärmeversorgung und bestehenden Kesseln sind die Faktoren, die die Wirtschaftlichkeit des Projekts wirklich beeinflussen, oft eine Gruppe zusammenhängender Probleme: ob der Dauerbetrieb langfristig aufrechterhalten werden kann, ob der Wartungsdruck durch Verkokung, Staubablagerung und Korrosion verringert werden kann, ob die Umweltschutzemissionen den Standards entsprechen und wie hoch die Geräte- und Betriebskosten sind, um die Umweltschutzanforderungen zu erfüllen.

Genau diese Gruppe von Problemen versucht Qiyuan zu lösen.

Ihre Kerntechnik ist das „kaskadierte thermische Cracken von Biomasse – Mehrproduktsystem zur Ressourcennutzung“. Im Gegensatz zu dem Verfahren, bei dem das gesamte Material auf einmal in den Hochtemperaturbereich zur Verarbeitung eingebracht wird, baut dieses System unterschiedliche Temperaturzonen im durchgehenden Ofenkörper auf, sodass gasförmige und feste Komponenten schrittweise umgewandelt und getrennt werden, entsprechend ihren jeweiligen Pyrolyseeigenschaften.

Gemäß dem technischen Prinzip wird die Obergrenze der Temperatur in der ersten Stufe auf etwa 550 ℃ gesteuert, um die anfängliche Crackung und Gas-Feststoff-Trennung abzuschließen; der Feststoff wird anschließend in einer sauerstoffarmen Umgebung von etwa 450–550 ℃ weiter karbonisiert, während das abgetrennte rohe Gas in einen Hochtemperaturbereich von etwa 950 ℃ zur weiteren Crackung eintritt.

Das Ziel dieses Designs besteht darin, zu vermeiden, dass feste Materialien langfristig in die Hochtemperaturumgebung gelangen, die eine große Verdampfung von Alkalimetallen verursachen kann, und die Risiken von Verkokung, Staubablagerung und Hochtemperaturkorrosion von der Quelle aus zu verringern. Gleichzeitig wird die Abhängigkeit von komplexen Endreinigungsgeräten durch Gas-Feststoff-Trennung und nachfolgende Gasbehandlung verringert.

Daher positioniert Qiyuan seine eigene Technologie nicht nur als Lösung für das „Verkokungsproblem“ von Kesseln, sondern durch die Veränderung des thermochemischen Umwandlungsprozesses von Biomasse gleichzeitig den Dauerbetrieb, die Umweltschutzbehandlung und die umfassende Wirtschaftlichkeit zu verbessern.

Vom Endbehandlungsansatz zur Prozesssteuerung: Ein einziges System erzeugt gleichzeitig Wärme, Gas und Kohlenstoff

Die Umweltschutzkosten sind ein weiteres Problem, das Qiyuan zu lösen hofft.

Bei dem traditionellen Ansatz werden normalerweise nach der Verbrennung entsprechende Behandlungsgeräte für Rauchgas und Schadstoffe hinzugefügt, während die technische Route von Qiyuan mehr Wert darauf legt, die Entstehungsbedingungen von Schadstoffen während des Verbrennungs- und Pyrolyseprozesses zu steuern.

Der frühe technische Bewertungsbericht des Projekts zeigt, dass seine „Haufenverbrennungs-Vergasungs- und Verbrennungstechnologie“ technische Probleme wie die Verbrennung von flüchtigen Bestandteilen, NOx-Emissionen, Verkokung im Feuerraum und Emissionen von Rauch- und Staubpartikeln adressiert und gleichzeitig darauf abzielt, die Bau- und Betriebskosten von Geräten durch Prozessgestaltung zu senken.

Neben Betriebs- und Umweltschutzproblemen versucht das Projekt auch, die einheitliche Produktstruktur zu verändern, bei der traditionelle Biomasseprojekte hauptsächlich auf Einnahmen aus Strom und Wärme angewiesen sind.

Gemäß dem derzeitigen technischen Schema kann Biomasse nach kaskadiertem thermischen Cracken zwei Hauptprodukte bilden: Ein Teil der gasförmigen Produkte bildet Synthesegas, das weiter zur Stromerzeugung, Wärmeversorgung oder chemischen Nutzung verwendet werden kann; der andere Teil der festen Produkte bleibt zurück und bildet Biokohlenstoff oder kohlenstoffbasierten Dünger.

Das System kann auch seine eigene Abwärme nutzen, um einen Teil der nachfolgenden Trocknungsstufen abzuschließen und Wasser sowie einige Stoffe zu recyclen, um den externen Energiebedarf der zusätzlichen Prozesse zu senken.

Dadurch erstreckt sich die kommerzielle Logik des Projekts von dem reinen „Verkauf von Dampf“ weiter zu kombinierten Einnahmen aus Energie- und Ressourcenprodukten.

Kohlenstoffvermögen ist eine weitere potenzielle Einnahmequelle, die dieses Modell in der Zukunft hinzufügen kann, aber der Projektträger betrachtet die Kohlenstoffeinnahmen derzeit nicht als notwendige Bedingung für die Realisierung des 1,5-Millionen-Yuan-Demonstrationsprojekts.

Das Projekt muss zuerst die eigene Wirtschaftlichkeit der Energie- und Ressourcenproduktseite validieren. Nach erfolgreicher industrieller Reproduktion wird durch nachfolgende Finanzierung ein kontinuierliches Datenerfassungs- und Drittzertifizierungssystem aufgebaut, um den Wert der Kohlenstoffminderung oder Kohlenstoffentfernung zu ermitteln, der den entsprechenden Standards entspricht.

Das ist auch der Grund, warum das Projekt die Finanzierung in zwei Phasen aufteilt: Zuerst wird mit kleineren Mitteln nachgewiesen, dass das Ingenieurprojekt erneut erfolgreich betrieben werden kann, dann werden größere Mittel für die Digitalisierung und Zertifizierung investiert, anstatt vor der industriellen Reproduktion direkt alle Zertifizierungskosten zu tragen.

Mit abgeschlossenen Ingenieurprojekten und Expertenbewertungen: Die 1,5 Millionen Yuan dienen der Validierung, „ob es erneut repliziert werden kann“

Im Gegensatz zu frühen Technologieprojekten, die vom Labor zur Industrialisierung gelangen, dient diese Finanzierung von Qiyuan nicht dazu, die erste ingenieurtechnische Validierung abzuschließen.

Die Projektunterlagen zeigen, dass die entsprechende Technologie zuvor bereits Ingenieurprojekte in drei Szenarien gebaut hat: Industriedampf, kommunale Fernwärmeversorgung und ländliche Wärmeversorgung für den täglichen Bedarf.

Diese Technologie wurde auch einer Expertenbewertung unterzogen.

Am 18. November 2020 organisierte die Beijing Energy and Environment Society Experten für die Bewertung der „technischen Systemtechnik für umweltfreundliche umfassende Nutzung von Biomasse und Abfällen in Gemeinden“.

Der vom Projekt vorgelegte technische Bewertungsbericht zeigt, dass die Expertengruppe unter dem Vorsitz von Akademiker DU Xiangwan, dem ehemaligen stellvertretenden Direktor der Chinesischen Ingenieurakademie, und dem stellvertretenden Vorsitz von Akademiker NI Weidou, dem ehemaligen Vizepräsidenten der Tsinghua-Universität, stand. Zu den Mitgliedern gehörten Akademiker wie JIANG Yi, HOU Li'an, YE Qizhen, SU Wanhua, CHEN Niannian, HAN Buxing sowie Experten aus den Bereichen Energie und Umweltschutz.

Die Bewertungsmeinung besagt, dass die Theorie dieser Technologie zuverlässig ist, die Technologie einzelner Teilsysteme ausgereift ist und der realisierbare industrielle Weg klar ist. Die Expertengruppe hat die Bewertung einstimmig bestanden und empfiehlt die Durchführung von Demonstrations- und Pilotprojekten, um die großskalige Förderung zu erleichtern.

Der Projektträger ist der Ansicht, dass diese historischen Ingenieurprojekte und Expertenbewertungen nachweisen können, dass die Technologie nicht in der Konzeptphase steckt, aber sie können die kontinuierlichen Betriebsdaten nicht ersetzen, die Investoren und Industriepartner heute sehen müssen.

Nach Abschluss des Baus, Probebetriebs und der Übergabe einiger historischer Projekte wurde aufgrund von Gründen wie der Änderung des Betreibers keine vollständige Datenkette gebildet, die für die heutige Finanzierung und Kohlenstoffzertifizierung erforderlich ist. Daher ist das zentrale Hindernis, vor dem das Projekt derzeit steht, nicht „ob jemals Geräte hergestellt wurden“, sondern ob die in der Vergangenheit validierte Technologie unter den aktuellen industriellen Bedingungen erneut reproduziert werden kann und neue, kontinuierliche, von Dritten überprüfbare Datenvermögen entstehen.

Das ist auch der Hauptzweck der diesjährigen 1,5-Millionen-Yuan-Finanzierung in der Angel-Runde.

Das Projekt plant, bestehende Systeme in der Region Jiangsu-Zhejiang für die Umrüstung auszuwählen. Die kooperierenden Kesselhersteller und Ingenieurträger übernehmen die Geräteherstellung, Installation und nachfolgende Dienstleistungen. Das Team von Qiyuan liefert hauptsächlich das Kerntechnikschema, die Parameter von Ofenkörper und Prozess, die Ingenieur-Inbetriebnahme sowie nachfolgende technische Arbeiten im Zusammenhang mit Kohlenstoffvermögen.

In diesem Modus plant das Team nicht, selbst ein schweres Kesselherstellungssystem aufzubauen, sondern hofft, durch die Zusammenarbeit mit bestehenden Kesselherstellern und Ingenieurunternehmen standardisierte Umrüstungslösungen zu bilden und diese dann an Industriedampfnutzer, Biomasse-Kraft-Wärme-Kopplungsprojekte, Industrieparks sowie Energieprojekte in Landkreisen mit vorhandenen Ressourcen von Land- und Forstabfällen zu replizieren.

Das Team wird vom Technologie-Erfinder CHE Zhanbin als Gesamtprojektleiter geleitet. Derzeit wird ein schlankes Team eingesetzt, wobei Mitglieder mit Erfahrung in der Kesselindustrie für die Kanalerweiterung und kaufmännische Mitarbeiter für die Finanzierung und Industriekooperation zuständig sind.

Wenn die 1,5-Millionen-Yuan-Finanzierung abgeschlossen ist, muss das Projekt zuerst eine relativ spezifische Frage beantworten: Kann eine Technologie, die in der Vergangenheit bereits industriell ingenieurtechnisch validiert wurde, zu niedrigen Kosten in einem neuen industriellen Szenario erneut stabil reproduziert werden?

Nach Abschluss dieses Knotenpunkts plant das Projekt eine weitere Finanzierung von etwa 3,5 Millionen Yuan, die hauptsächlich für die Erfassung von kontinuierlichen Betriebsdaten, Prüfungen und Zertifizierungen durch Dritte, die Klärung der Grenzen der Kohlenstoffbilanzierung sowie die Zertifizierung nach anwendbaren internationalen Kohlenstoffstandards verwendet werden soll.

Für Qiyuan entsprechen diese zwei Phasen der Beseitigung von zwei unterschiedlichen Risiken: Die 1,5 Millionen Yuan lösen das ingenieurtechnische Risiko, „ob es erneut repliziert werden kann“; die nachfolgenden etwa 3,5 Millionen Yuan lösen das Daten- und Marktrisiko, „ob es standardisiert validiert und zertifiziert werden kann“.

Nur wenn diese zwei Knotenpunkte abgeschlossen sind, kann die historisch bereits validierte Technologie weiter zu einem kommerziellen Produkt umgewandelt werden, das standardisiert repliziert werden kann.