DE4430750C2 - Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen, wobei aus dem Bio­ rohstoff durch Teiloxidation mit einem sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel in einem Oxidationsreaktormodul ein wasserstoff- und kohlenmonoxidhaltiges Brennstoffrohgas erzeugt wird, wobei ein praktisch kohlenstofffreies, wasserstoffhaltiges Brennstoffreingas einem Brennstoff­ zellenmodul zur Verstromung zugeführt wird. Im Rahmen der Erfindung sind neben Biorohstoffen auch beispielsweise Abfälle, einschließlich Kunststoffresten, bis hin zu Torf als vergasungsfähige Rohstoffe einsetzbar. - Als Module sind Einheiten bezeichnet, die aus einem oder mehreren funktionsgleichen Elementen bestehen. Beispielsweise kann ein Oxidationsreaktormodul mehrere Oxidationsreaktoren und ein Brennstoffzellenmodul mehrere Brennstoffzellen aufweisen. In einem Oxidationsreaktor wird ein Biorohstoff bei erhöhter Temperatur mit Sauerstoff und/oder Wasserdampf behandelt. Dabei tritt eine Teiloxidation des Biorohstoffs zu einem Brennstoffgas ein, welches Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält. Das Sauerstoff/Biorohstoff-Mengen­ verhältnis und die Gasphasentemperatur in dem Oxida­ tionsreaktor werden dabei so gewählt, daß aufgrund der Thermodynamik der Zusammenhänge einerseits die Oxidation des Biorohstoffs nicht über das Reaktionsprodukt Wasserstoff hinausgeht bzw. als Wasser gebundener Wasserstoff zu molekularem Wasserstoff reduziert wird und andererseits der rohstoffbürtige Stickstoff und/oder der Luftstickstoff im Oxidationsreaktor nicht zu Stickstoffoxiden oxidiert werden kann. Bei Verwendung von Wasserdampf im Vergasungsmittel kann Kohlendioxid neben Kohlenmonoxid im Brennstoffgas vorliegen. Eine Aufbereitung des Brennstoffrohgases zu einem Brennstoffreingas kann im einfachsten Falle durch Ausfiltern der Schwebstoffe erfolgen. Eine Brennstoffzelle besitzt eine gegebenenfalls katalytisch aktive Anode, an der das Brennstoffrohgas entlang geleitet und unter Abgabe von Elektronen oxidiert wird. Mit der Anode ist über einen Elektrolyten eine gegebenenfalls katalytisch aktive Kathode verbunden, an welcher ein Verbrennungsmittel, beispielsweise Luft, entlang geleitet und unter Aufnahme von Elektronen redu­ ziert wird. Aufgrund der genannten Elektronenübergänge steht zwischen der Anode und der Kathode elektrische Energie zur Verfügung.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist bekannt aus der Literaturstelle EP 0 564 796 A1. Bei dem insofern bekannten Verfahren wird die Erzeugung des Brennstoffroh­ gases in dem Oxidationsreaktor mengenmäßig unmittelbar nach Maßgabe der der Brennstoffzelle entnommenen elektrischen Energie geregelt. Dies hat sich grundsätzlich bewährt. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß bei wechselnder elektrischer Last, insbesondere bei schnell wechselnder elektrischer Last, die Regelung verbesserungsfähig ist, da die Regelung mit störender erheblicher Zeitverzögerung arbeitet. Ursache dieser Zeitverzögerung ist im wesentlichen, daß die Rate der Erzeugung von Brennstoffrohgas nur mit einer nicht unerheblichen Zeitkonstante einer Änderung des Mengenstroms an zugeführtem Biorohstoff "nachläuft". Daher wird üblicherweise regelmäßig mehr Brennstoffrohgas erzeugt als von den Brennstoffzellen benötigt wird. Die Folge ist eine unzureichende Ausnutzung des Biorohstoffs.

Bei einem aus der Literaturstelle US-PS 3 961 986 bekannten Verfahren wird die Zuführung von Wasserdampf zu dem Oxidationsreaktor nach Maßgabe der der Brennstoffzelle entnommenen elektrischen Energie sowie nach Maßgabe der Temperatur im Oxidationsreaktor geregelt. Außerdem wird die mengenmäßige Zuführung des Brennstoffes nach Maßgabe des Druckes in der gemeinsamen Zuleitung für den Wasserdampf und den Brennstoff zum Oxidationsreaktor geregelt. Auch diese Regelung arbeitet insbesondere bei schnellwechselnder elektrischer Last mit erheblicher störender Zeitver­ zögerung. Insofern weist auch dieses Verfahren die oben geschilderten Nachteile auf.

Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen anzugeben, welches bei optimaler Aus­ nutzung des Biorohstoffes auch mit wechselnden elektrischen Lasten zuverlässig arbeitet. Der Erfindung liegt fernerhin das technische Problem zugrunde eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen, wobei aus dem Biorohstoff durch Teiloxidation mit einem sauer­ stoffhaltigen Vergasungsmittel in einem Oxidationsreaktor­ modul ein wasserstoff- und kohlenmonoxidhaltiges Brennstoffrohgas erzeugt wird, wobei das erhaltene Brenn­ stoffrohgas einem an das Oxidationsreaktormodul angeschlossenen Reformermodul zugeführt wird, in dem der Wasserstoff des Brennstoffrohgases nach der Reaktion mit einem Speichermaterial in Reformerelementen zwischenge­ speichert wird, wobei aus dem Reformermodul ein praktisch kohlenstofffreies, wasserstoffhaltiges Brennstoffreingas ausgetrieben wird, daß dem an das Reformermodul angeschlossenen Brennstoffzellenmodul zur Verstromung zugeführt wird, wobei die Erzeugung des Brennstoffrohgases über die Reaktion des Wasserstoffs mit dem Speichermaterial und die Austreibung des Brennstoffreingases über die dem Brennstoffzellenmodul entnommene elektrische Energie getrennt voneinander geregelt werden. - Als Reformer­ elemente sind Einheiten bezeichnet, die ein Speicher­ material enthalten, welches Wasserstoff aufnehmen, speichern und wieder abgeben kann. Mittels bestimmter Speichermaterialien kann auch sogenannter latenter Wasser­ stoff gespeichert werden. Latenter Wasserstoff meint dabei Bestandteile des Brennstoffrohgases, die mit dem Speicher­ material so reagieren, daß beim späteren Austreiben von Wasserstoff deren Brennäquivalent als Wasserstoff zur Verfügung steht. Latenter Wasserstoff kann z. B. Kohlen­ monoxid sein, welches sich beispielsweise mit Wasser zu Wasserstoff und Kohlendioxid umsetzen kann (Schift-Reak­ tion). Als Speichermaterialien für Wasserstoff kommen einerseits sogenannte Hydridspeicher in Frage, wobei der Wasserstoff mit (Übergangs-) Metallegierungen auf Basis von z. B. TiMn_1,5, TiFe, LaNi₅ zu korrespondierenden Metallhydriden reagiert. Dabei kann die Protonen­ packungsdichte im Metallhydrid größer als bei flüssigem Wasserstoff werden. Der gespeicherte Wasserstoff ist durch Wärme wieder aus dem Metallhydrid austreibbar. Als Speichermaterial sind aber andererseits auch Metalloxide bezeichnet, die sich von Wasserstoff und/oder latentem Wasserstoff zu elementarem Metall reduzieren lassen. Die Austreibung von Wasserstoff erfolgt dann durch Zufuhr von Wasserdampf, wobei das Metall unter Bildung von Wasserstoff wiederum oxidiert wird. Bei Speichermaterialien dieser Art wird nicht der Wasserstoff selbst des Brennstoffrohgases gespeichert, sondern zumindest ein Teil seiner chemischen Energie. Diese wiederum wird bei der Austreibung von Wasserstoff zu dessen Bildung aus Wasserdampf genutzt. Insgesamt entspricht die Wasserstoff-Speicherkapazität jener bei Hydridspeichern.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich die Brennstoffzufuhr zu einem Brennstoffzellenmodul wesentlich besser und schneller regeln läßt, wenn gleichsam ein Wasserstoffpuffer zwischen dem Oxidationsreaktormodul und dem Brennstoffzellenmodul eingerichtet wird, und wenn die Entnahme von Wasserstoff aus dem Wasserstoffpuffer im Rahmen eines das Brennstoffzellenmodul umfassenden Regelkreises geregelt wird. Unabhängig hiervon wird die Zufuhr von Wasserstoff zu dem Wasserstoffpuffer im Rahmen eines das Oxidationsreaktormodul umfassenden, anderen Regelkreises geregelt. Mit anderen Worten ausgedrückt ist das Oxidationsreaktormodul regeltechnisch von dem Brennstoffzellenmodul entkoppelt. Dadurch läßt sich die Abgabe von elektrischer Energie - jedenfalls kurzfristig - unabhängig von der Zufuhr von Rohstoffen einstellen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Erzeugung des Brennstoffrohgases in dem Oxidationsreaktor­ modul allotherm mit Wasserdampf durchgeführt und störendes Wasser aus dem Brennstoffrohgas mittels eines Kondensators abgetrennt. Bei der allothermen Verfahrensweise kann durch geeignete Temperaturführung ein praktisch Teer- und Kalium-freies Brennstoffrohgas erzeugt werden. Teer und/oder Kalium im Brennstoffrohgas führt zu der Inakti­ vierung von Speichermaterial. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn, Schwebstoffe mittels eines Filters aus dem Brennstoffrohgas abgetrennt werden. Vorzugsweise wird als Filter ein Zyklonfilter eingesetzt. Diese Maßnahmen tragen insgesamt dazu bei, daß das Reformermodul nicht in unzulässigem Maße mit unerwünschten Fremdstoffen im Brennstoffrohgas belastet wird.

Eine besonders geringe Partikelemission der Anlage insgesamt ist einrichtbar, wenn in den Reformerelementen die Schwebstoffreste aus dem Brennstoffrohgas ausgefiltert werden. Hierzu braucht lediglich eine geeignete Poren­ struktur des Speichermaterials in den Reformerelementen eingerichtet sein.

Eine besonders bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch charakterisiert, daß der Wasserstoff des Brennstoffrohgases in den Reformerelementen über die Reduktion von Eisenoxid zu elementarem Eisenschwamm gespeichert und über die Oxidation des elementaren Eisenschwamms mit Wasserdampf wieder ausgetrieben wird. - Eisenoxid meint hierbei insbesondere Fe₃O₄ aber auch Fe₂O₃ sowie Mischphasenoxide. Vorteilhaft ist in diesem Ausführungsbeispiel, daß die Reduktion des Eisenoxids nicht nur durch den Wasserstoff selbst, sondern auch durch den aus Kohlenmonoxid gebildeten latenten Wasserstoff erfolgen kann. Bei der Reduktion mit Wasserstoff entsteht neben dem elementaren Eisenschwamm Wasser. Bei der Reduktion mit Kohlenmonoxid entsteht neben dem elementaren Eisenschwamm Kohlendioxid. Bei der späteren Oxidation des elementaren Eisenschwamms mit Wasserdampf wird jedoch praktisch ausschließlich Wasserstoff bei Bildung von Eisenoxid aus dem elementaren Eisenschwamm ausgetrieben. Im Ergebnis wird also nicht nur das Brennstoffrohgas hinsichtlich seines Wasserstoffs und seines latenten Wasserstoffs optimal ausgenutzt, sondern es ist auch ein besonders reines Brennstoffreingas austreibbar. Dem Wasserstoff des Brennstoffreingases ist lediglich Restwasserdampf beigemengt, der sich mittels eines Kondensators leicht abtrennen läßt. Metallhy­ dridspeicher können demgegenüber Kohlenmonoxid nicht nutzen, sie werden im Gegenteil durch Kohlenmonoxid (und auch durch Kohlendioxid) gleichsam vergiftet.

Vorzugsweise wird das Brennstoffreingas in einem Niedrigtemperatur-Brennstoffzellenmodul verstromt. Vorzugs­ weise wird als Niedrigtemperatur-Brennstoffzellenmodul eine Kalium- oder PEM-Brennstoffzelle eingesetzt. Der Ausdruck Niedrigtemperatur bezeichnet hier Temperaturen unter 200° C, vorzugsweise unter 150°C. Niedrigtemperatur-Brennstoff­ zellen arbeiten regelmäßig mit katalytisch aktiven Anoden- und Kathoden-Oberflächen. Daher kommt dem Einsatz eines Reformermoduls mit einem Speichermaterial für Wasserstoff besondere Bedeutung zu, da der aus dem Speichermaterial austreibbare Wasserstoff besonders rein ist und da somit die Gefahr einer "Vergiftung" der katalytisch aktiven Anoden- und Kathoden-Oberfläche vermieden werden kann. Kalium-Brennstoffzellen bezeichnet Brennstoffzellen, welche mit Kaliumhydroxid als Elektrolyt arbeiten. Die Abkürzung PEM steht für "Polymer-Elektrolyt-Membran" oder für "Proton-Exchange-Membran". Beides bezeichnet den gleichen Gegenstand. PEM-Brennstoffzellen arbeiten mit einer polymeren Membran als Elektrolyten, wobei ein Ionen­ transport durch Austausch von Protonen erfolgt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Reaktion des Brennstoffrohgases mit dem Speichermaterial einerseits und die Austreibung des Brennstoffreingases andererseits in getrennten Reformerelementen durchgeführt, wozu die Reformerelemente in Abhängigkeit von der gespeicherten Menge an Wasserstoff mit dem Oxida­ tionsreaktormodul oder mit dem Brennstoffzellenmodul verbunden werden. Es ist also jeweils zumindest ein Reformerelement mit dem Brennstoffzellenmodul und ein Reformerelement mit dem Oxidationsreaktormodul verbunden. Sobald das mit dem Brennstoffzellenmodul verbundene Reformerelement weitgehend "entladen" ist, wird es durch ein "beladenes" Reformerelement ersetzt. Das "entladene" Reformerelement wird dann an das Oxidationsreaktormodul angeschlossen. Es versteht sich, daß die Erzeugung von Brennstoffrohgas in dem Oxidationsreaktormodul so geregelt wird, daß im zeitlichen Mittel wenigstens so viel Wasserstoff und latenter Wasserstoff erzeugt wird, wie das Brennstoffzellenmodul Wasserstoff verbraucht.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen gemäß dem Patentanspruch 10. Weiterbildungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Patentansprüchen 10 bis 13 angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur
das Schema einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In der Figur erkennt man zunächst ein Oxidationsreaktormodul 1 zur Erzeugung eines Brennstoff­ rohgases, welches Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält, aus Biorohstoffen mittels eines sauerstoffhaltigen Vergasungsmittels. Im Ausführungsbeispiel arbeitet das Oxidationsreaktormodul allotherm. Hierzu wird dem Oxidationsreaktormodul Wasserdampf aus einem Dampferzeuger 15 über ein Vergasungsmittelmengensteuerelement 16 zugeführt. Der Biorohstoff wird über ein Bioroh­ stoffmengensteuerelement 11 aufgegeben. An das Oxidationsreaktormodul ist über einen Zyklonfilter 17, einen Teerfilter 18 und einen Kondensator 19 ein Reformermodul 2 zur Speicherung des Wasserstoffs des Brennstoffrohgases in Reformerelementen 3, 3′ durch Reaktion mit einem Speichermaterial angeschlossen. Hierzu ist eine Brennstoffrohgaszuführleitung 5 eingerichtet. Mittels des Zyklonfilters 17 werden Schwebstoffe aus dem Brenn­ stoffrohgas abgetrennt. Der Teerfilter 18 entfernt störende, geringfügige Teerreste aus dem Brennstoffrohgas. Reste von Wasserdampf in dem Brennstoffrohgas aus der allothermen Vergasung in dem Oxidationsreaktormodul 1 werden durch den Kondensator 19 abgetrennt. Die Reformerelemente 3, 3′ sind als Eisenschwamm-Reaktoren ausgeführt. In einem an dem Oxidationsreaktor 1 angeschlossenen Reformerelement 3 wird der Wasserstoff des Brennstoffrohgases durch Reduktion von Eisenoxid als elementarer Eisenschwamm gespeichert. Aber auch der als Kohlenmonoxid vorliegende latente Wasserstoff reduziert das Eisenoxid zu elementarem Eisenschwamm. Die Verwendung von Eisenschwamm-Reaktoren als Reformerelement 3 ist auch deshalb vorteilhaft, weil die Porenstruktur des Eisen­ schwamms geeignet ist um Schadstoffreste des Brennstoffrohgases auszufiltern. Das aus einem an das Oxidationsreaktormodul 1 angeschlossenen Reformerelement 3 über eine Brennstoffrohgasabführleitung 6 ausströmende Brennstoffrestrohgas kann noch verwertbare Bestandteile aufweisen, insbesondere Wasserstoff, aber auch Methan. Im Ausführungsbeispiel werden diese noch verwertbaren Anteile in einer Verbrennungseinrichtung mit Wärmetauscher 20 genutzt, um dem Oxidationsrektormodul 1 die für die allotherme Vergasung erforderliche Wärmeenergie zuzuführen. Das aus der Verbrennungseinrichtung 20 austretende Abgas wird durch eine Abgasreinigung 21 geführt, in welcher insbesondere auch Kohlendioxid abscheidbar ist. Das insofern gereinigte Abgas kann an die Umwelt abgegeben werden. Im Ausführungsbeispiel weist das Reformermodul 2 ein zweites Reformerelement 3′ auf. Dieses zweite Reformerelement 3′ ist an ein Brennstoffzellenmodul 4 ange­ schlossen. Aus dem zweiten Reformerelement 3′ ist ein praktisch kohlenstofffreies, wasserstoffhaltiges Brenn­ stoffreingas durch eine Brennstoffreingasentnahmeleitung 7 austreibbar. Hierzu weist das Reformermodul 2 eine Wasserdampfzuführleitung 8 auf, mittels welcher Wasserdampf in das Reformerelement 3′ eingelassen wird. Hierbei entsteht durch Reaktion des Eisenschwamms mit dem Wasser der Wasserstoff des Brennstoffreingases. Die Erzeugung des Wasserdampfs erfolgt in einem Wasserdampferzeuger 22. Das aus dem Reformerelement 3 ausgetriebene Brennstoffreingas wird dem Brennstoffzellenmodul 4 über die Brennstoffrein­ gasentnahmeleitung 7 zugeführt und in dem Brennstoffzel­ lenmodul 4 verstromt. Das Brennstoffzellenmodul 4 weist zumindest eine Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle auf. Im Ausführungsbeispiel ist eine PEM-Brennstoffzelle 25 eingerichtet. Zur Erzeugung der elektrischen Energie wird das Brennstoffreingas über die Anode 28, welche auf der einen Seite der Polymer-Membran 24 der Brennstoffzelle 25 angeordnet ist, geleitet. Auf der gegenüberliegenden Seite der Polymer-Membran 24 ist eine Kathode 29 eingerichtet. Über diese Kathode wird mittels einer Verbrennungs­ mittelzuführleitung 30 Sauerstoff, vorzugsweise Luftsauerstoff geleitet. Im Ergebnis wird der Wasserstoff des Brennstoffreingases im kathodenseitigen Raum der Brennstoffzelle 25 zu Wasser oxidiert. Dabei entsteht elektrische Energie, welche an der Anschlußstelle 27 entnehmbar ist. In der Brennstoffreingasentnahmeleitung 7 kann ein Kondensator 23 zur Abtrennung von Wasserdampf aus dem Brennstoffreingas eingerichtet sein. Es empfiehlt sich allerdings, in dem Brennstoffreingas einen Wasser-Min­ destanteil zu belassen, da die Membran 24 der PEM-Brennstoffzelle 25 nicht austrocknen darf. Die regelungstechnischen Vorrichtungen umfassen eine erste Regelvorrichtung zur Regelung der Erzeugung des Brennstoff­ rohgases nach Maßgabe der Reaktion des Wasserstoffs mit dem Speichermaterial und eine zweite Regelvorrichtung zur Regelung der Austreibung des Brennstoffreingases nach Maßgabe der dem Brennstoffzellenmodul 4 entnommenen elektrischen Energie. Dabei weist die erste Regelvorrichtung einen Gassensor 10, vorzugsweise einen CO-Sensor, in der Brennstoffrohgasabführleitung 6, ein Biorohstoffmengensteuerelement 11 in dem Oxidations­ reaktormodul und einem ersten Regler auf. Die zweite Regelvorrichtung weist einen Spannungssensor 12 zur Messung der vom Brennstoffzellenmodul 4 erzeugten elektrischen Spannung, ein Dampfmengensteuerelement 13 in der Wasserdampfzuführleitung 8 und einen zweiten Regler auf. Der erste Regler und der zweite Regler sind als eine einzige Rechnereinheit 14 ausgebildet. Die beiden Regelvorrichtungen funktionieren so, daß einerseits die Erzeugung des Brennstoffrohgases nach Maßgabe der Reaktion des Wasserstoffs mit dem Speichermaterial und andererseits die Austreibung des Brennstoffreingases nach Maßgabe der dem Brennstoffzellenmodul 4 entnommenen elektrischen Energie getrennt geregelt werden. Im einzelnen wird mittels des Gassensors 10 der Reduktionsfortschritt in dem an das Oxidationsreaktormodul 1 angeschlossenen Reformerelement 3 gemessen. Wenn Brennstoffrohgas in einer Rate erzeugt wird, welche höher als die entsprechende Reduktionsrate in dem Reformerelement 3 ist, steigt beispielsweise der Kohlenmonoxidgehalt in der Brennstoffrohgasabführleitung 6 an. Die Rechnereinheit 14 reduziert dann die Zufuhr von Biorohstoff zum Oxidationsreaktormodul 1 über das Biorohstoffmengensteuerelement 11 und umgekehrt. Alternativ kann die Regelung auch über das Vergasungsmittel­ mengensteuerelement 16 erfolgen. Im Rahmen der zweiten Regelvorrichtung mißt der Spannungssensor 12 einen Spannungsabfall bei hoher Last an der Anschlußstelle 27 gegenüber der Nennspannung. Steigt dieser Spannungsabfall an, so steuert die Rechnereinheit 14 das Dampfmengensteuerelement 13 so an, daß mehr Wasserdampf über die Wasserdampfzuführleitung 8 dem an das Brennstoffzellenmodul 4 angeschlossenen Reformerelement 3 zugeführt wird. Der Figur entnimmt man schließlich weiterhin, daß Mittel 9 zum Umschalten der Brennstoffrohgaszuführleitung 5 und der Brennstoffrohgasab­ führleitung 6 einerseits und der Brennstoffrein­ gasentnahmeleitung 7 und der Wasserdampfzuführleitung 8 andererseits zwischen verschiedenen Eisenschwamm-Reaktoren eingerichtet sind. Mittels dieser Mittel 9 zum Umschalten werden die zwei Reformerelemente 2 mit dem Oxidations­ reaktormodul 1 oder mit dem Brennstoffzellenmodul 4 nach Maßgabe der Menge gespeicherten Wasserstoffs verbunden. Sobald ein an das Brennstoffzellenmodul 4 angeschlossenes Reformerelement 3′ weitgehend oxidiert ist, wird es mittels der Mittel 9 zum Umschalten von dem Brennstoffzellenmodul 4 abgetrennt und mit dem Oxidationsreaktormodul 1 verbunden. Umgekehrt wird ein mit dem Oxidationsreaktormodul 1 verbundenes Reformerelement 3 bei weitgehender Reduktion von dem Oxidationsreaktormodul 1 abgetrennt und ggf. mit dem Brennstoffzellenmodul 4 verbunden. Zur Steuerung der Mittel 9 zum Umschalten können vorteilhafterweise auch der Spannungssensor 12 und der Gassensor 10 genutzt werden. Die Steuerung der Mittel 9 zum Umschalten erfolgt dann auch durch die Rechnereinheit 14. Es versteht sich, daß im Rahmen der erfindungsgemäßen regeltechnischen Maßnahme auch eine andere Sensorik als jene des Ausführungsbeispiels möglich ist.

Claims (13)

1. Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen,
wobei aus dem Biorohstoff durch Teiloxidation mit einem sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel in einem Oxidations­ reaktormodul (1) ein wasserstoff- und kohlenmonoxidhaltiges Brennstoffrohgas erzeugt wird,
wobei das erhaltene Brennstoffrohgas einem an das Oxidationsreaktormodul (1) angeschlossenen Reformermodul (2) zugeführt wird, in dem der Wasserstoff des Brennstoff­ rohgases nach der Reaktion mit einem Speichermaterial in Reformerelementen (3) zwischengespeichert wird,
wobei aus dem Reformermodul (2) ein praktisch kohlenstofffreies, wasserstoffhaltiges Brennstoffreingas ausgetrieben wird, das dem an das Reformermodul (2) angeschlossenen Brennstoffzellenmodul (4) zur Verstromung zugeführt wird,
und wobei die Erzeugung des Brennstoffrohgases über die Reaktion des Wasserstoffs mit dem Speichermaterial und die Austreibung des Brennstoffreingases über die dem Brennstoffzellenmodul (4) entnommene elektrische Energie getrennt voneinander geregelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erzeugung des Brennstoffrohgases in dem Oxidationsreaktormodul (1) allotherm mit Wasserdampf durchgeführt und störendes Wasser mittels eines Kondensators (19) aus dem Brennstoffrohgas abgetrennt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Schwebstoffe mittels eines Filters (17) aus dem Brennstoffrohgas abgetrennt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei als Filter (17) ein Zyklonfilter eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in den Reformerelementen (3) die Schwebstoffreste aus dem Brennstoffrohgas ausgefiltert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Wasserstoff des Brennstoffrohgases in den Reformerelementen (3) über die Reduktion von Eisenoxid zu elementarem Eisenschwamm gespeichert und über die Oxidation des elementaren Eisenschwammes mit Wasserdampf wieder ausgetrieben wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Brennstoffreingas in einem Niedrigtemperatur-Brennstoff­ zellenmodul (4) verstromt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei als Niedrig­ temperatur-Brennstoffzellenmodul (4) eine Kalium- oder PEM-Brennstoffzelle eingesetzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Reaktion des Brennstoffrohgases mit dem Speichermaterial und die Austreibung des Brennstoffreingases in getrennten Reformerelementen (3) durchgeführt wird, wozu die Reformerelemente in Abhängigkeit von der gespeicherten Menge an Wasserstoff mit dem Oxidationsreaktormodul (1) oder mit dem Brennstoffzellenmodul verbunden werden.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Oxidationsreaktormodul (1), das der Erzeugung eines Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Brennstoffgases aus Biorohstoffen mittels eines sauerstoffhaltigen Vergasungsmittels dient, mit einem Reformermodul (2), in dem der Wasserstoff des Brennstoffrohgases in Reformerelementen (3) über die Reaktion mit einem Speichermaterial gespeichert wird, verbunden und das Reformermodul (2) zur Verstromung des daraus ausgetriebenen praktisch kohlenstofffreien, wasserstoffhaltigen Brenn­ stoffreingases an ein Brennstoffzellenmodul (4) ange­ schlossen ist, wobei eine erste Regelvorrichtung zur Regelung der Erzeugung des Brennstoffrohgases über die Reaktion des Wasserstoffes mit dem Speichermaterial und eine zweite Regelvorrichtung zur Regelung der Austreibung des Brennstoffreingases über die dem Brennstoffzellenmodul (4) entnommene elektrische Energie vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Reformermodul (2) zumindest zwei als Eisenschwamm-Reaktoren ausgeführte Reformerelemente (3) aufweist und im Reformermodul (2) Mittel (9) zum Umschalten der Brennstoffrohgaszuführleitung (5) und der Brennstoffrohgasabführleitung (6) oder der Brennstoffreingasentnahmeleitung (7) und der Wasserdampf­ zuführleitung (8) zwischen verschiedenen Eisenschwamm­ reaktoren vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die erste Regelvorrichtung einen Gassensor (10) in der Brennstoff­ rohgasabführleitung (6), ein Biorohstoffmengensteuerelement (11) in dem Oxidationsreaktormodul (1) und einen ersten Regler aufweist, wobei die zweite Regelvorrichtung einen Spannungssensor (12) zur Messung der vom Brennstoff­ zellenmodul (4) erzeugten elektrischen Spannung, ein Dampfmengensteuerelement (13) in der Wasserdampfzuführ­ leitung (8) und einen zweiten Regler aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Gassensor (10) ein Kohlenmonoxidsensor ist.