Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Aus Rinde, Hackschnitzel oder ausgesiebtem Holz aus Kompostierung wird mit einem neuartigen, sauberen Pyrolyse-Prozess Pflanzenkohle, Strom und Wärme erzeugt. Die dabei freiwerdenden Gase werden in einem Schwachgasbrenner verbrannt und mit einer Heissluft-Turbine in Strom und Heizwärme umgewandelt. Die Abgase sind geruchlos und partikelarm (<<5mg/m3 n @13%O2). Wird die Pflanzenkohle stofflich genutzt, als Bodenverbesserer in Landwirtschaft oder Gartenbau, bleibt der Kohlenstoff mehrere hundert oder mehrere tausend Jahre stabil und stellt somit eine CO2-Senke dar. Pro erzeugte Kilowattstunde Nutzenergie werden der Atmosphäre dauerhaft 400 bis 500 g CO2 entzogen sowie mit zusätzlichem Nutzen für den Boden eingelagert. Deshalb: Klimapositive Energie. Die kompakte Anlage mit der Standfläche eines 20 Fuss Containers kann pro Jahr 2‘400 t feuchte Biomasse-Reststoffe verarbeiten. Daraus werden ca. 340 t Pflanzenkohle sowie 400 MWh/a Strom (50 kWe) und bis zu 2‘760 MWh/a Wärme (345 kWth) gewonnen.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Wood-chips, bark, screening residues from composting are being converted in a novel and clean pyrolysis process into biochar, power and heat. The gases released from pyrolysis are combusted in a lowcaloric- value gas burner and converted into electricity and heat with a hot-air turbine CHP unit. Applying the biochar non-energetic, as a soil enhancer in gardening or agriculture, the carbon remains stable for several thousand years and may thus represent a significant CO2 sink while providing benefits for the soils. Every kilowatt hour of useful energy generated reduces the carbon content of the atmosphere
by -400 to -500 g CO2. Our targeted compact plant with only a 20-foot container footprint will process 2’400 t of residual biomass substrate annually. This covers an output of approx. 340 t of biochar as well as 400 MWh of electricity (50 kWe power) and up to 2’760 MWh of heat (345 kW). Let’s go climate positive!
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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Un nouveau processus de pyrolyse propre permet de produire du charbon végétal, de l'électricité et de la chaleur à partir d'écorces, de copeaux de bois ou de bois criblé issu du compostage. Les gaz ainsi libérés sont brûlés dans un brûleur à gaz pauvre et transformés en électricité et en chaleur de chauffage par une turbine à air chaud. Les gaz d'échappement sont inodores et pauvres en particules (<<5mg/m3 n @13%O2). Si le charbon végétal est utilisé comme matière, comme amendement des sols dans l'agriculture ou l'horticulture, le carbone reste stable pendant plusieurs centaines ou plusieurs milliers d'années et constitue ainsi un puits de CO2. Pour chaque kilowattheure d'énergie utile produit, 400 à 500 g de CO2 sont durablement retirés de l'atmosphère et stockés avec un bénéfice supplémentaire pour le sol. C'est pourquoi il s'agit d'une énergie positive pour le climat. L'installation compacte, dont la surface au sol correspond à celle d'un conteneur de 20 pieds, peut traiter 2 400 t de résidus de biomasse humide par an. On en tire environ 340 t de charbon végétal ainsi que 400 MWh/a d'électricité (50 kWe) et jusqu'à 2'760 MWh/a de chaleur (345 kWth).
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Die Produktion von Strom und Wärme aus Reststoff-Biomasse ist ein wichtiger Pfeiler zur Erreichung der Ziele der Energiestrategie 2050. Für die Verbrennung und thermische Nutzung von Waldholz sind heute verschiedene Technologien verfügbar. Auch die Wärme-Kraft-Koppelung mit rindenfreiem, aschearmem Holz aus Sägereien ist in der Entwicklung bereits weit fortgeschritten. Eine Technologie zur energetischen Nutzung von Reststoff-Biomasse zur Produktion von Strom und Wärme ist bis heute jedoch noch kaum verfügbar und würde das Potenzial der Biomasse als Energielieferant für die Schweiz enorm vergrössern. Die im vorliegenden Projekt entwickelte Technologie hat zum Ziel, dieses schwierig nutzbare Potenzial zu erschliessen.
Neben der Energiegewinnung ist auch die Produktion von Pflanzenkohle ein wichtiger Teilaspekt des Projektes. Die Forschung erkennt zunehmend den Wert von Pflanzenkohle für verschiedenste Zwecke in der Landwirtschaft. Pflanzenkohle zeigt positive Effekte bei der Bodenverbesserung und dem Humusaufbau und hilft so, die Fruchtbarkeit der Böden langfristig zu erhalten. Zudem stellt die Verwendung von Pflanzenkohle in der Landwirtschaft eine langfristige CO2-Senke dar. Diese Option der CO2-sequestrierung ist auch im neuen CO2-Gesetz, das voraussichtlich im Sommer 21 angenommen wird erwähnt.
Im vorliegenden Projekt wird aus Rinde, Hackschnitzel oder ausgesiebtem Holz aus der betriebseigenen Kompostieranlagen mit einem neuartigen Pyrolyse-Prozess Wärme, Strom und Pflanzenkohle erzeugt. Die bei der Pyrolyse entstehenden Gase werden in einem Schwachgasbrenner verbrannt. Die Abgase werden für Heizwärme genutzt sowie mit einer Heissluft-Turbine in Strom umgewandelt. Die Abgase sind weitgehend geruchlos und sehr partikelarm, d.h. der Grenzwert der LRV für Holzfeuerungen der entsprechenden Leistung wird deutlich unterschritten.
Die gewonnene Pflanzenkohle erfüllt die strengen Anforderungen des European Biochar Protokolls und kann für verschiedenste Zwecke genutzt werden. Wird die Pflanzenkohle – wie im vorliegenden Fall - als Bodenverbesserer in der Landwirtschaft oder im Gartenbau eingesetzt, bleibt der Kohlenstoff mehrere hundert bis mehrere tausend Jahre stabil gebunden und stellt somit eine CO2-Senke dar. Pro erzeugte Kilowattstunde Nutzenergie (Strom und Wärme) werden der Atmosphäre mit diesem Vorgehen dauerhaft 400 bis 500 g CO2 entzogen. Die Anlage mit der Standfläche eines Containers (10 x 2.4 m) kann pro Jahr 2‘400 t feuchte Biomasse-Reststoffe verarbeiten. Daraus werden ca. 400 t Pflanzenkohle mit 340 Tonnen C-Gehalt sowie 400 MWh Strom (50 kWe) und bis zu 2‘760 MWh Wärme (345 kWth) gewonnen. Zusätzlich zu dieser Energiegewinnung werden jährlich ca. 1’250 t CO2 dem atmosphärischen Kreislauf in Form von Biokohle entzogen und im Boden „sequestriert“.
Die produzierte Wärme und der Strom werden vollständig am Standort der Anlage, auf dem Areal des Gemüseproduzenten Gerber Bio Greens AG in Fehraltorf verwendet. Die anfallende Pflanzenkohle wird teilweise in den eigenen Gewächshäusern zur Bodenverbesserung eingesetzt, teilweise auch verkauft.
Die Installation der Anlage in Fehraltorf wurde abgeschlossen. Die Optimierungsarbeiten nach dem ersten 24 h Betrieb im Juli 2019 bis Mitte 2020 beinhalteten auch Umbauten und Ergänzungen des Systems zur Erhöhung der thermischen Unabhängigkeit des Turbinen-Kreislaufes. Im bisherigen Betrieb konnten eine elektrische Einspeiseleistung von bis zu 50 kWe, sowie eine Heisswasser-Leistung von bis zu 305 kWth gemessen werden. Der autonome Betrieb, mit Personal nur zur Fernüberwachung, konnte im März und im Juni 2020 mit über jeweils mehrere Tage Betrieb gezeigt werden. Im Juni 2020 führte eine Undichtigkeit im Reaktor zu einem Lufteintritt und dadurch zu einer lokalen Überhitzung und thermischen Deformation. Der Schaden wurde umsichtig und mit Zuzug von externen Experten geklärt und behoben.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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The production of electricity and heat from residual biomass is an important pillar for achieving the goals of the Energy Strategy 2050. Various technologies are available today for the combustion and thermal use of forest wood. Combined heat and power with bark-free, low-ash wood from sawmills is also well advanced in development. However, a technology for the energetic use of residual biomass for the production of electricity and heat is still hardly available and would significantly increase the potential of biomass as an energy supplier for Switzerland. The technology developed in the present project aims to tap this difficult-to-use potential.
In addition to energy generation, the production of plant carbon is an important aspect of the project. Researchers are increasingly recognizing the value of plant charcoal for a wide variety of agricultural purposes. Plant charcoal shows positive effects in soil improvement and humus build-up, helping to maintain soil fertility in the long term. In addition, the use of plant carbon in agriculture represents a long-term CO2 sink. This option of CO2 sequestration is also mentioned in the new CO2 law, which is expected to be adopted in summer 2021.
In the present project, a novel pyrolysis process is used to generate heat, electricity and plant charcoal from bark, wood chips or screened wood from the on-farm composting facility. The gases produced during pyrolysis are burned in a lean gas burner. The waste gases are used for heating as well as converted into electricity with a hot air turbine. The exhaust gases are largely odorless and very low in particles, i.e. the limit value of the LRV for wood firing systems of the corresponding capacity is significantly undercut.
The plant carbon obtained meets the strict requirements of the European Biochar Protocol and can be used for a wide variety of purposes. If the plant carbon is used as a soil conditioner in agriculture or horticulture - as in this case - the carbon remains stably bound for several hundred to several thousand years and thus represents a CO2 sink. For every kilowatt hour of useful energy (electricity and heat) generated, this procedure permanently removes 400 to 500 g of CO2 from the atmosphere. The plant with the footprint of a container (10 x 2.4 m) can process 2,400 t of moist biomass residues per year. From this, approx. 400 t of biochar with 340 tons of C-content as well as 400 MWh of electricity (50 kWe) and up to 2'760 MWh of heat (345 kWth) are produced. In addition to this energy production, about 1'250 t of CO2 are annually removed from the atmospheric cycle in the form of biochar and "sequestered" in the soil.
The heat and electricity produced are used entirely at the site of the plant, on the premises of the vegetable producer Gerber Bio Greens AG in Fehraltorf. The plant carbon produced is partly used in the company's own greenhouses to improve the soil, and partly sold.
The installation of the plant in Fehraltorf was completed. The optimization work after the first 24 h operation in July 2019 until mid-2020 also included modifications and additions to the system to increase the thermal independence of the turbine circuit.
In operation to date, an electrical feed power of up to 50 kWe, as well as a hot water output of up to 305 kWth could be measured. Autonomous operation, with personnel only for remote monitoring, was demonstrated in March and June 2020 with over one week of operation each. In June 2020, a leak in the reactor led to an air leak, resulting in local overheating and thermal deformation. The damage was prudently clarified and repaired with the involvement of external experts.
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Schlussbericht
(Französisch)
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La production d'électricité et de chaleur à partir de la biomasse résiduelle est un pilier important pour atteindre les objectifs de la Stratégie énergétique 2050. Différentes technologies sont aujourd'hui disponibles pour la combustion et l'utilisation thermique du bois forestier. La production combinée de chaleur et d'électricité avec du bois sans écorce et à faible teneur en cendres provenant des scieries est également déjà bien avancée. Cependant, une technologie permettant l'utilisation énergétique de la biomasse résiduelle pour la production d'électricité et de chaleur est encore peu disponible et augmenterait énormément le potentiel de la biomasse en tant que fournisseur d'énergie pour la Suisse. La technologie développée dans le présent projet vise à exploiter ce potentiel, qui est difficile à exploiter.
En plus de la production d'énergie, la production de biocharbon est un aspect important du projet. Les chercheurs reconnaissent de plus en plus la valeur du biocharbon pour une grande variété d'objectifs agricoles. Le biocharbon a des effets positifs sur l'amélioration du sol et la formation d'humus et contribue ainsi à maintenir la fertilité du sol à long terme. En outre, l'utilisation du biocharbon en agriculture représente un puits de CO2 à long terme. Cette option de séquestration du CO2 est également mentionnée dans la nouvelle loi sur le CO2, qui devrait être adoptée à l'été 21.
Dans le présent projet, un nouveau procédé de pyrolyse est utilisé pour produire de la chaleur, de l'électricité et du biocharbon à partir d'écorces, de copeaux de bois ou de bois criblé provenant des installations de compostage de l'exploitation. Les gaz produits lors du processus de pyrolyse sont brûlés dans un brûleur à gaz pauvre. Les gaz résiduels sont utilisés pour le chauffage et convertis en électricité à l'aide d'une turbine à air chaud. Les gaz résiduaires sont en grande partie inodores et très pauvres en particules, c'est-à-dire que la valeur limite de la LRV pour les systèmes de chauffage au bois de la production correspondante est nettement inférieure.
Le biocharbon obtenu répond aux exigences strictes du protocole européen sur le biochar et peut être utilisé à des fins très diverses. Si le biocharbon est utilisé comme conditionneur de sol dans l'agriculture ou l'horticulture - comme dans le cas présent - le carbone reste lié de manière stable pendant plusieurs centaines à plusieurs milliers d'années et représente donc un puits de CO2. Pour chaque kilowattheure d'énergie utile (électricité et chaleur) produit, ce procédé élimine définitivement 400 à 500 g de CO2 de l'atmosphère. L'installation, qui a l'empreinte d'un conteneur (10 x 2,4 m), peut traiter 2 400 tonnes de résidus de biomasse humide par an. Il en résulte environ 400 t de biocharbon d'une teneur en C de 340 t ainsi que 400 MWh d'électricité (50 kWe) et jusqu'à 2'760 MWh de chaleur (345 kWth). En plus de cette production d'énergie, environ 1'250 t de CO2 sont extrait du cycle atmosphérique chaque année sous forme de biochar et "séquestrées" dans le sol.
La chaleur et l'électricité produites sont entièrement utilisées sur le site de la centrale, dans les locaux du producteur de légumes Gerber Bio Greens AG à Fehraltorf. Le carbone végétal produit est en partie utilisé dans les serres de l'entreprise pour améliorer le sol, et en partie vendu.
L'installation de l'usine à Fehraltorf est terminée. Les travaux d'optimisation après la première exploitation de 24 h en juillet 2019 jusqu'à la mi-2020 comprenaient également des modifications et des ajouts au système pour augmenter l'indépendance thermique du circuit de la turbine.
En fonctionnement à ce jour, une puissance d'alimentation électrique allant jusqu'à 50 kWe, ainsi qu'une production d'eau chaude allant jusqu'à 305 kWth ont pu être mesurées. Le fonctionnement autonome, avec du personnel uniquement pour la surveillance à distance, a été démontré en mars et juin 2020 avec plus d'une semaine de fonctionnement chacun. En juin 2020, une fuite dans le réacteur a conduit à une fuite d'air, entraînant une surchauffe locale et une déformation thermique. Les dommages ont été prudemment clarifiés et réparés avec la participation d'experts externes.
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