Vorrichtung und Verfahren zur elektro-thermo-chemischen

Vergasung von Biomasse

Die Beschreibung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur elektro-thermo-chemischen Vergasung von Biomasse, insbesondere zur elektro-thermo-chemischen Vergasung von Biomasse zur Gewinnung von Wasserstoff oder Treibstoff sowie zur Bereitstellung eines Gasgemischs für eine Verbrennungskraftmaschine aus Biomasse unter Zufuhr von elektrischer Energie.

Um Energie für den Menschen nutzbar zu machen, gibt es eine Vielzahl von bekannten Energiewandlungsvorrichtungen und -anlagen wie bspw. Atomkraftwerke, Kohlekraftwerke oder aber Solaranlagen und Windkraftanlagen. Insbesondere eine Energiewandlung mit Hilfe von Windkraftanlagen, Solaranlagen oder Anlagen zur Gewinnung von Energie aus Wasserkraft weisen den Nachteil auf, dass sie nur unter bestimmten äußeren Bedingungen elektrische Energie bereitstellen können. So muss ein ausreichend starker Wind, eine ausreichende Sonneneinstrahlung oder eine geeignete Wassermenge zur Verfügung stehen. Eine Erzeugung von elektrischer Energie kann daher nicht kontinuierlich bzw. nach Bedarf bereitgestellt werden, sondern hängt vielmehr von äußeren Einflüssen ab.

Es besteht daher ein Bedarf insbesondere elektrische Energie zum Zeitpunkt ihrer Entstehung speichern zu können, um sie bei Bedarf abrufbar zu machen.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ausführungsformen von Energiespeichern bekannt .

Es stellt sich die Aufgabe eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Speicherung von Energie bereitzustellen, um diese zu einem späteren Zeitpunkt abzurufen. Des weiteren soll die Vorrichtung und das Verfahren zur Speicherung der Energie einen hohen Gesamtwirkungsgrad aufweisen.

Es wird daher eine Vorrichtung zur Vergasung von Biomasse unter Zufuhr von elektrischer Energie mit den folgenden Komponenten bereitgestellt:

einem Vergaser zur Vergasung der Biomasse unter Zufuhr der elektrischen Energie zu einem Gasgemisch, einem Reformer zur Reformierung des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs, einem Gaswäscher zum Waschen des reformierten Gasgemischs,

wobei die Vorrichtung des weiteren eine Aufheizung vor und/oder im Bereich des Reformers zur zusätzlichen Erhitzung des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs und eine erste Rückführvorrichtung umfasst, so dass das reformierte oder das gewaschene Gasgemisch wahlweise in den Vergaser zurückgeführt oder mindestens einer entsprechend nachfolgenden Komponente der Vorrichtung zugeführt werden kann, wobei die erste Rückführvorrichtung einen Umwälzkreislauf für das reformierte oder gewaschene Gasgemisch bereitstellt und der Umwälzkreislauf mindestens den Vergaser und den Reformer umfasst.

Das bei der Vergasung gewonnene Gasgemisch wird üblicherweise auch als sog. Synthesegas bezeichnet.

Gemäß der beschriebenen Ausführungsform wird Biomasse in dem Vergaser mittels elektrischer Energie vergast. Herkömmliche Vorrichtungen zur Vergasung von Biomasse sehen hierzu eine sogenannte allothermische Pyrolyse von Biomasse vor, bei der eine hierzu verwendete Wärme von außen zugeführt werden muss. Diese muss aufwendig erzeugt und bspw. über Wärmetauscher für die Pyrolyse der Biomasse bereitgestellt werden. Eine alternative Lösung stellt eine sogenannte au- totherme Energiezufuhr dar, bei der bspw. Sauerstoff zur Vergasung der Biomasse dieser zugeführt werden muss . Dies bietet jedoch den Nachteil, dass das durch die Vergasung erzeugte Gasgemisch mit zusätzlichem Sauerstoff angereichert wird, der anschließend aufwendig entfernt werden muss oder einen höheren CO ₂ -Anteil in dem Gasgemisch und somit einen geringeren Heizwert des Gasgemischs bewirkt, wenn dieser in dem erzeugten Gasgemisch verbleibt. Im Gegensatz dazu erfordert die vorgeschlagene Vergasung mit elektrischer Energie keine Zufuhr von Sauerstoff, so dass das entstehende Gasgemisch eine hohe Reinheit und somit einen hohen Heizwert aufweist. Darüber hinaus kann auf diese Weise eine nahezu vollständige Vergasung der Biomasse erzielt werden .

Das nachfolgend in dem Reformer gewonnene reformierte Gasgemisch kann mittels der beschriebenen Rückführvorrichtung vor einer Weiterbehandlung in dem Gaswäscher in den Vergaser zurückgeführt werden, so dass das bereits reformierte Gasgemisch mindestens den Vergaser und den Reformer mindestens ein weiteres Mal passiert. Selbstverständlich kann dieser Rückführzyklus in beliebiger Anzahl wiederholt werden, so dass das Gasgemisch in diesem Umwälzkreislauf mehrmals zirkuliert. Auf diese Weise lassen sich bestimmte unerwünschte Komponenten des Gasgemischs, wie bspw. lang- kettige KohlenstoffVerbindungen bzw. KohlenwasserstoffVerbindungen, in höherem Maße aufspalten, so dass ihr Anteil

in dem reformierten Gasgemisch reduziert werden kann. Ebenso ist es möglich, die Rückführvorrichtung derart auszuführen, dass das reformierte Gasgemisch zunächst in dem Gaswäscher gewaschen wird und erst im Anschluss daran als gewaschenes Gasgemisch über eine entsprechend ausgeführte Rückführvorrichtung in den Vergaser zurückgeführt wird. Dies bedeutet, dass der Umwälzkreislauf in diesem Fall neben dem Vergaser und dem Reformer außerdem noch mindestens den Gaswäscher umfasst. Auf diese Weise ist bei jedem Rückführzyklus ein Waschen des jeweiligen reformierten Gasgemischs vorgesehen.

Soll je nach Ausführungsform das reformierte Gasgemisch oder das gewaschene Gasgemisch nicht in den Vergaser zurückgeführt werden, so kann das jeweilige Gasgemisch mindestens der entsprechend nachfolgenden Komponente der Vorrichtung zuführt werden. Ist die Rückführvorrichtung zur Rückführung des reformierten Gasgemischs ausgebildet, so wird das reformierte Gasgemisch dem nachfolgend angeordneten Gaswäscher zugeführt, falls das reformierte Gasgemisch nicht die Rückführvorrichtung durchlaufen soll. Ist die Rückführvorrichtung dagegen zur Rückführung des gewaschenen Gasgemischs in den Vergaser ausgebildet, so wird das gewaschene Gasgemisch an eine nachfolgend zu dem Gaswäscher angeordnete Komponente der Vorrichtung geleitet, falls das gewaschene Gasgemisch die Rückführvorrichtung nicht durchlaufen soll.

Die Vorrichtung kann darüber hinaus derart ausgestaltet sein, dass sich ein Innendruck der Vorrichtung durch die Vergasung selbständig aufbaut.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung kontinuierlich und/oder diskontinuierlich betreibbar, wobei ein diskontinuierlicher Betrieb der Vorrichtung ein mindes-

tens einmaliges Rückführen des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs vor einer Zuführung an die mindestens eine entsprechend nachfolgende Komponente umfasst.

Wie bereits voranstehend beschrieben, kann ein Rückführen des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs lediglich wahlweise erfolgen. Dies bedeutet, dass eine Auswahl besteht das entsprechende Gasgemisch über die Rückführvorrichtung in den Vergaser zurückzuführen oder statt dessen der entsprechend nachfolgenden Komponente zuzuführen. Auch ist es möglich die Rückführung lediglich teilweise vorzunehmen. Dies bedeutet, dass lediglich ein Teil des entsprechenden Gasgemischs über die Rückführvorrichtung an den Vergaser zurückgeführt und der verbleibende Teil an die entsprechend nachfolgende Komponente der Vorrichtung geleitet wird. Erfolgt dementsprechend keine vollständige bzw. komplette Rückführung des entsprechenden Gasgemischs über die Rückführvorrichtung, sondern wird dieses zumindest teilweise direkt an die entsprechend nachfolgende Komponente der Vorrichtung geleitet, so wird der Betreib der Vorrichtung als „kontinuierlicher Betreib" bezeichnet. In diesem Fall ist es möglich, der Vorrichtung kontinuierlich Biomasse zur kontinuierlichen Vergasung zuzuführen. Die einzelnen Komponenten der Vorrichtung sind also in stetigem bzw. kontinuierlichem Betrieb und werden (mit Ausnahme des teilweise rückgeführten Anteils des Gasgemischs) nur einmalig durchlaufen.

Ist dagegen eine vollständige Rückführung des entsprechenden Gasgemischs in den Vergaser bzw. den Umwälzkreislauf vorgesehen, so kann die Vorrichtung nicht kontinuierlich betrieben werden. Dementsprechend wird dieser Betreib als chargenweiser oder diskontinuierlicher Betreib bezeichnet. Dies bedeutet, dass lediglich eine bestimmte Menge Biomasse dem Vergaser zur Vergasung zugeführt wird. Das hierbei aus

der Vergasung gewonnene Gasgemisch wird, wie voranstehend beschrieben, je nach Ausführungsform der Vorrichtung entweder nach dem Reformer als reformiertes Gasgemisch oder nach dem Gaswäscher als gewaschenes Gasgemisch mittels der Rückführvorrichtung in den Vergaser zurückgeführt. Der hierbei entstehende Umwälzkreislauf bildet einen abgeschlossenen Kreislauf, in dem das entsprechende Gasgemisch umgewälzt wird. Somit ist es möglich, eine Verweildauer des entsprechenden Gasgemischs in dem Vergaser nicht nur über einen Volumenstrom des Gasgemischs zu bestimmen. Vielmehr kann darüber hinaus über die Anzahl von Durchläufen des Gasgemischs in dem Umwälzkreislauf dessen Zusammensetzung be- einflusst und insbesondere die genannten langkettigen Koh- lenwasserstoffverbindungen durch wiederholtes Durchlaufen in hohem Maße aufgespalten werden, so dass sich auf diese Weise eine hohe Reinheit des entsprechenden Gasgemischs erzielen lässt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Reaktor zur Erzeugung von Wasserstoff aus dem gewaschenen Gasgemisch mittels einer sog. „Wasserstoff -Shift- Reaktion". Demnach sieht die Vorrichtung einen nachfolgend zu dem Gaswäscher angeordneten Reaktor vor, der dazu konfiguriert ist, mittels der genannten Reaktion aus dem gewaschenen Gasgemisch Wasserstoff zu erzeugen. Der hierbei erzeugte Wasserstoff kann mittels einer entsprechenden Abtrennvorrichtung von einem verbleibenden Restgas abgetrennt werden. Als Abtrennvorrichtungen können bspw. Molekularsiebe oder ein sog. Druckwechsel -Adsorptionsverfahren eingesetzt werden. Der hierbei gewonnene Wasserstoff lässt sich vergleichsweise leicht speichern, so dass die in dem Wasserstoff gespeicherte Energie bei Bedarf auf einfache Art und Weise abgerufen werden kann. Beispielsweise kann mittels einer mit dem Wasserstoff betriebenen Brennstoffzelle

elektrische Energie bzw. Strom bedarfsgerecht bereitgestellt werden.

Alternativ zu dem beschriebenen Reaktor kann die Vorrichtung mit einer Verbrennungskraftmaschine gekoppelt sein, wobei das gewaschene Gasgemisch zum Betrieb der Verbrennungskraftmaschine verwendbar ist. Dies bedeutet, dass das gewaschene Gasgemisch an die Verbrennungskraftmaschine geleitet und dort im Rahmen einer sog. Kraft -Wärme -Kopplung genutzt werden kann. Lediglich beispielhaft kann die Verbrennungskraftmaschine als Blockheizkraftwerk oder als Gasturbine zur Strom - und Wärmeerzeugung ausgeführt sein.

Entsprechend einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Vorrichtung zur Gewinnung von Treibstoff ausgeführt sein und hierzu außerdem die folgenden Komponenten umfassen:

einen Katalysator zur Durchführung einer katalytischen Reaktion zur Gewinnung eines Reaktionsgemischs aus dem gewaschenen Gasgemisch und einen Separator zur Abscheidung eines Treibstoffs aus dem Reaktionsgemisch .

Des weiteren kann die Vorrichtung Vorrichtungen für eine Zufuhr von Wasserstoff zur Hydrierung der Biomasse oder des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs umfassen und in einem Betriebszustand ein geschlossenes System darstellen.

Folglich wird somit eine Vorrichtung zur Gewinnung von Treibstoff aus Biomasse unter Zufuhr von elektrischer Energie mit den folgenden Komponenten bereitgestellt:

einem Vergaser zur Vergasung der Biomasse unter Zufuhr der elektrischen Energie zu einem Gasgemisch, wobei optional

eine gleichzeitige Hydrierung der aufgeheizten Biomasse bzw. des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs mit Wasserstoff erfolgen kann, einem Reformer zur Reformierung des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs, einem Gaswäscher zum Waschen des reformierten Gasgemischs, einem Katalysator zur Durchführung einer katalytischen Reaktion zur Gewinnung eines Reaktionsgemischs aus dem gewaschenen Gasgemischs und einem Separator zur Abscheidung des Treibstoffs aus dem Reaktionsgemisch. Außerdem umfasst die Vorrichtung Vorrichtungen zur Zufuhr von Wasserstoff zur Hydrierung der Biomasse oder des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs und stellt in einem Betriebszustand ein geschlossenes System dar.

Außerdem umfasst die Vorrichtung, wie bereits beschrieben, eine erste Rückführvorrichtung, so dass das reformierte oder das gewaschene Gasgemisch wahlweise in den Vergaser zurückgeführt oder der entsprechend nachfolgenden Komponente der Vorrichtung, also entweder dem Gaswäscher oder dem Katalysator, zugeführt werden kann, wobei die erste Rückführvorrichtung einen Umwälzkreislauf für das reformierte bzw. das gewaschene Gasgemisch bereitstellt und der Umwälz - kreislauf mindestens den Vergaser und den Reformer umfasst.

Eine Vorrichtung zur Gewinnung von Treibstoff aus einem Synthesegas mittels einer katalytischen Reaktion in einem Katalysator und einer Abscheidung in einem Separator ist bspw. in der von demselben Anmelder eingereichten deutschen Patentanmeldung mit dem Titel „Vorrichtung und Verfahren zur TreibstoffSynthese" beschrieben.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtung und des zugrundeliegenden Verfah-

rens im Folgenden rein beispielhaft für die Gewinnung von Treibstoff am Beispiel von Alkohol erläutert wird, der als Treibstoff aus der Biomasse gewonnen wird. Selbstverständlich gelten die ausgeführten Beschreibungen der jeweiligen Komponenten der Vorrichtung stets auch für entsprechende Komponenten der Ausführungsformen zur Gewinnung von Wasserstoff und Kopplung der Vorrichtung mit einer Verbrennungskraftmaschine, soweit die entsprechenden Komponenten auch dort vorgesehen sind. Dies gilt insbesondere für alle Komponenten bis mindestens einschließlich des Gaswäschers sowie alle Verfahrensschritte, die im Zusammenhang mit diesen Komponenten bis zur Weiterleitung des gewaschenen Gasgemischs an eine nachfolgende Komponente der Vorrichtung vorgesehen sind. Anstelle des Alkohols können aber auch andere Treibstoffe, wie bspw. Diesel oder Benzin, erzeugt werden. Ggf. ist hierbei das Material des verwendeten Katalysators entsprechend anzupassen.

Die optionale gleichzeitige Hydrierung kann, wie voranstehend beschrieben, vor der Vergasung der Biomasse zur Hydrierung bzw. H ₂ -Anreicherung der Biomasse oder nachfolgend im Rahmen der Reformierung erfolgen. Zum Einsatz können sowohl reiner Wasserstoff als auch wasserstoffhaltige Verbindungen kommen. Z.B. kann zur Hydrierung auch Methan als wasserstoffhaltige Verbindung und Wasser zur Vergasung der Biomasse zugeführt werden. Demgemäß kann die Vorrichtung eine Vorrichtung für eine Zufuhr von wasserstoffhaltigen Verbindungen zu der Biomasse zu deren Hydrierung und/oder ebenfalls optional eine Vorrichtung zur Zufuhr von Wasser umfassen. Die Zufuhr für Wasser kann insbesondere vorgesehen werden, wenn die Biomasse zu trocken ist, so dass diese mit Wasser versetzt werden muss.

Zur besseren Verständlichkeit der bei der Vergasung ablaufenden Vorgänge werden nachfolgend beispielhaft die Reakti-

onsgleichungen für eine hierbei stattfindende Dampfrefor- mierung von Methan und Wasser a.) und eine Synthesegaserzeugung b.) durch Vergasung von Glukose (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) aus Biomasse sowie eine Gesamtreaktion c.) beider Reaktionen a.) und b.) dargestellt. Hierbei weist die Synthesegaserzeugung in b.) einen Wasserstoffmangel (b: 6 H ₂ ) auf, der bspw. durch den bei der Dampfreformierung a.) von Methan anfallenden Wasserstoff gedeckt werden kann.

a.) 6 CH ₄ + 6 H ₂ O -> 6 CO + 18 H ₂ -> 6 CH ₃ OH + 6 H ₂ b.) C ₆ H ₁₂ O ₆ -» 6 CO + 6 H ₂ + (6 H ₂ )<< 1

-> 6 CH ₃ OH C.) 6 CH ₄ + 6 H ₂ O + C ₆ H ₁₂ O ₆ -> 12 CH ₃ OH

Eine alternative Bereitstellung von Wasserstoff, bspw. mittels einer Elektrolyse, wird nachfolgend noch näher diskutiert. Des weiteren kann auch eine Photovoltaik-Vorrichtung zur Erzeugung von sog. Solarwasserstoff zur Erzeugung und Bereitstellung von Wasserstoff vorgesehen werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die erste Rückführvorrichtung eine elektrische Vorheizung zur Vorheizung des in den Vergaser zurückzuführenden reformierten bzw. gewaschenen Gasgemischs umfassen. Somit lässt sich eine ggf. auftretende Abkühlung des reformierten bzw. gewaschenen Gasgemischs im Anschluss an die Reformierung im Reformer oder das Waschen in dem Gaswäscher vor der erneuten Zuführung in den Vergaser reduzieren und die Temperatur des zurückzuführenden reformierten bzw. gewaschenen Gasgemischs somit für eine erneute Vergasung erhöhen.

Des weiteren kann die erste Rückführvorrichtung je nach Ausführungsform der Vorrichtung ein Ablassventil zur wahl- weisen Ausleitung des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs aus dem Umwälzkreislauf zu der mindestens einen

entsprechend nachfolgenden Komponente der Vorrichtung umfassen. Ist ein Umwälzen des reformierten bzw. gewaschenen Gasgemischs abgeschlossen, so kann das reformierte bzw. gewaschene Gasgemisch mittels des Ablassventils aus dem Umwälzkreislauf entlassen und den nachfolgenden Komponenten der Vorrichtung zugeleitet werden. Demzufolge kann die Vorrichtung diskontinuierlich betrieben werden. Dies bedeutet, dass das reformierte Gasgemisch in dem Umwälzkreislauf umgewälzt wird und erst bei Eintritt eines definierten Ereignisses in der Vorrichtung weitergeleitet wird. Die Anzahl der Rückführzyklen des reformierten bzw. gewaschenen Gasgemischs bis zur Ausleitung über das Ablassventil kann von verschiedenen Kriterien abhängig gemacht werden. So ist es bspw. möglich, das Ablassventil nach einer definierten Zeitspanne zu öffnen und das reformierte bzw. gewaschene Gasgemisch erst dann zu den nachfolgenden Komponenten weiterzuleiten. Ebenso ist es möglich, in dem Umwälzkreislauf Sensoren anzuordnen, die den Gehalt einzelner Komponenten des Gasgemischs messen. Ist ein definierter Gehalt bestimmter Komponenten des Gasgemischs erreicht, kann das reformierte bzw. gewaschene Gasgemisch aus dem Umwälzkreislauf über das Ablassventil entlassen werden. Bspw. kann hierzu eine Sonde vorgesehen sein, die einen Restmethangehalt oder Restteergehalt in dem reformierten bzw. gewaschenen Gasgemisch bestimmen kann.

Selbstverständlich kann auch eine sofortige Weiterleitung des reformierten bzw. gewaschenen Gasgemischs nach einmaligem Passieren des Vergasers und des Reformers erfolgen, so dass das reformierte bzw. gewaschene Gasgemisch nicht in den Umwälzkreislauf eingeleitet wird, sondern direkt über das Ablassventil zu den nachfolgenden Komponenten der Vorrichtung weitergeleitet wird. In diesem Fall liegt, wie ebenfalls voranstehend beschrieben, ein kontinuierlicher Betrieb der Vorrichtung vor.

Des weiteren kann die erste Rückführvorrichtung eine Umwälzpumpe zum Betrieb des Umwälzkreislaufs umfassen. Mit Hilfe dieser Umwälzpumpe kann somit das reformierte bzw. gewaschene Gasgemisch in den Vergaser geleitet werden. Als Umwälzpumpe kann bspw. eine Kolbenpumpe oder auch ein Umwälzgebläse zum Einsatz kommen.

Entsprechend einer Ausgestaltungsform der Vorrichtung um- fasst die Vorrichtung Mittel zur Wasserstoff -Elektrolyse zur Bereitstellung von Wasserstoff für eine Hydrierung der Biomasse oder des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs. Somit kann die Vorrichtung derart ausgestaltet sein, dass Wasserstoff für die voranstehend beschriebene Hydrierung bereitgestellt wird. Selbstverständlich kann der Wasserstoff alternativ aus anderen Quellen, wie bspw. einer Vorrichtung zur Erzeugung von Solarwasserstoff, bereitgestellt werden. Werden Mittel zur Wasserstoff -Elektrolyse vorgesehen, so ist es möglich den zur Durchführung der Elektrolyse eingesetzten elektrischen Strom nicht nur aus konventionellen Stromquellen sondern auch aus regenerativen Energiewandlungsanlagen, wie Windkraftanlagen und Photovoltaikan- lagen, zu beziehen.

Weiterhin kann die Vorrichtung mindestens eine Komponente aus einer Gruppe von Komponenten bestehend aus Filtern, Kühlern, Kondensat-Separatoren, Wärmetauschern und Molekularsieben umfassen.

Ferner kann die beschriebene Vorrichtung mindestens ein Laugebad umfassen, das zu einer Gasreinigung, bspw. zur Entfernung von Halogenverbindungen vorgesehen ist. Mit Hilfe dieses Laugebads können insbesondere Fluor und Chlor (HCL und HF) aus einem jeweiligen Gasgemisch entzogen werden. Als Lauge kann bspw. Natronlauge NaOH verwendet wer-

den, so dass bei einer Reaktion mit HCL gemäß der folgenden Reaktionsgleichung Salz und Wasser entsteht:

NaOH + HCL -> NaCL + H ₂ O

Das beschrieben Laugebad kann insbesondere als eigenständige Komponente der Vorrichtung oder als Teil des Gaswäschers ausgeführt sein.

Des weiteren wird ein Verfahren zur Vergasung von Biomasse unter Zufuhr von elektrischer Energie mit den folgenden

Schritten bereitgestellt:

Vergasen der Biomasse zu einem Gasgemisch in einem Vergaser unter Zufuhr von elektrischer Energie,

Hydrieren und Reformieren des aus der Vergasung gewonnenen

Gasgemischs,

Waschen des reformierten Gasgemischs,

wobei das Verfahren ein wahlweises, mindestens teilweises Rückführen des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs in den Vergaser mindestens zum erneuten Vergasen des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs in einem Umwälzkreislauf und ein wahlweises Zuführen des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs an mindestens eine entsprechend nachfolgende Komponente der Vorrichtung umfasst, und

wobei das Verfahren des weiteren einen Schritt des Aufhei - zens des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs vor und/oder während dem Schritt des Reformierens mittels elektrischer Energie und/oder durch lokale SauerstoffVerbrennung umfasst.

Außerdem kann das Verfahren ein sofortiges Zuführen des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs an mindestens

eine entsprechend nachfolgende Komponente der Vorrichtung oder ein mindestens einmaliges Durchlaufen des Umwälzkreislaufs mit anschließendem Ausleiten an die mindestens eine entsprechend nachfolgende Komponente umfassen. Wie bereits voranstehend beschrieben wird auf diese Weise ein kontinuierlicher bzw. diskontinuierlicher Betrieb der Vorrichtung ermöglicht.

Ferner kann das Verfahren des weiteren den folgenden Schritt umfassen:

Erzeugen von Wasserstoff aus dem gewaschenen Gasgemisch mittels einer „Wasserstoff-Shift-Reaktion" .

Alternativ zu diesem Schritt kann das Verfahren des weiteren den folgenden Schritt umfassen:

Verwenden des gewaschenen Gasgemischs zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine .

Ebenfalls alternativ zu den beiden Schritten des Erzeugens von Wasserstoff mittels der Wasserstoff -Shift-Reaktion und des Verwendens des gewaschenen Gasgemischs zum Betrieb der Verbrennungskraftmaschine, kann das Verfahren zur Gewinnung von Treibstoff aus Biomasse unter Zufuhr von elektrischer Energie vorgesehen sein und außerdem folgende Schritte umfassen:

Gewinnen eines Reaktionsgemischs aus dem gewaschenen Gasgemisch durch katalytische Reaktion in einem Katalysator und Abscheiden des Treibstoffs aus dem Reaktionsgemisch in einem Separator.

Folglich wird hiermit ein Verfahren zur Gewinnung von Treibstoff, wie bspw. Alkohol, aus Biomasse unter Zufuhr von elektrischer Energie mit den folgenden Schritten bereitgestellt :

Vergasen der Biomasse zu einem Gasgemisch in einem Vergaser,

Reformieren mit Wasserdampf des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs und Hydrieren mit Wasserstoff, Waschen des reformierten Gasgemischs, wahlweises mindestens teilweises Rückführen des reformierten bzw. gewaschenen Gasgemischs in den Vergaser mindestens zum erneuten Vergasen des reformierten bzw. gewaschenen Gasgemischs in einem Umwälzkreislauf,

Gewinnen eines Reaktionsgemischs aus dem gewaschenen Gasgemisch durch katalytische Reaktion in einem Katalysator und Abscheiden des Treibstoffs aus dem Reaktionsgemisch in einem Separator.

Außerdem kann das Verfahren den folgenden Schritt umfassen:

elektrisches Vorheizen des rückzuführenden reformierten oder gewaschenen Gasgemischs vor dem erneuten Vergasen in dem Vergaser. Auf diese Weise kann ein sogenanntes Cracken bzw. Aufspalten insbesondere von langkettigen KohlenwasserstoffVerbindungen erzielt werden. Hierbei kann insbesondere ein sog. Thermisches Cracken durch Erhitzung und ein Hydrocracken durch eine Hydrierung unterschieden werden. In beiden Verfahren werden langkettige Verbindungen in kurz- kettige Moleküle zerlegt.

Das Verfahren kann des weiteren einen Schritt zur Elektrolyse von Wasserstoff für eine Hydrierung von Biomasse oder des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs umfassen. Diese Wasserstoff -Elektrolyse kann bei einem Druck stattfinden, der einem jeweils an der einzuleitenden Stelle herrschenden lokalen Systemdruck entspricht, andernfalls ist eine Verdichtung des erzeugten Wasserstoffs möglich bzw. erforderlich.

Außerdem ist es möglich, dass das Verfahren des weiteren mindestens einen Schritt aus einer Gruppe von Schritten bestehend aus

einem Filterungsschritt, einem Kühlungsschritt, einem Kondensat-Separationsschritt und mindestens einem Durchlaufschritt durch einen Wärmetauscher umfasst.

Außerdem kann das Verfahren zusätzlich mindestens einen der nachfolgend aufgeführten Schritte umfassen:

a) Aufheizen des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs mittels elektrischer Energie und/oder durch lokale SauerstoffVerbrennung. Hierzu kann eine bspw. elektrisch betriebene Heizvorrichtung vorgesehen sein, die das durch die Vergasung gewonnene Gasgemisch zusätzlich erhitzt. Alternativ kann die Heizvorrichtung ebenso mit Gas betrieben werden, um das Gasgemisch zusätzlich zu erhitzen, oder Sauerstoff in das Gasgemisch einzublasen und diesen lokal zu verbrennen. b) Hydrieren eines Gasgemischs mit Wasserstoff und anschließendes Reformieren des Gasgemischs mit Wasserdampf. Mit diesem Schritt kann ein beliebiges Gasgemisch an einer beliebigen Stelle der Vorrichtung mit Wasserstoff versetzt werden. Dies kann bspw. im Vergaser durch Hydrieren bspw. des durch Vergasung gewonnenen Gasgemischs erfolgen und eine Aufspaltung von langkettigen Kohlen- Wasserstoffverbindungen (CH-Verbindungen, wie bspw. Koks) bewirken. c) Einleiten des reformierten bzw. gewaschenen Gasgemischs in einen Katalysator. Zur Erzeugung von ka-

talytischen Reaktionen kann bspw. während und/oder nach dem Schritt des Reformierens das Gasgemisch in einen Katalysator eingeleitet werden. Ein Katalysator kann bspw. aus geeignetem Katalysator-Material, wie bspw. Kobalt oder Platin, bestehen, das als Füllung in einem Wärmetauscher oder nachfolgend zu diesem angeordnet ist . d) Trocknen der Biomasse vor dem Schritt des Vergasens mit Hilfe des durch Vergasung gewonnenen oder des reformierten Gasgemischs mittels eines Gegenstrom- wärmetauschers . Hierbei wird die Biomasse vor der Zuführung in den Vergaser bzw. vor der Vergasung durch die hohe Temperatur des durch das Vergasen bzw. Reformieren erhitzten Gasgemischs getrocknet. e) Verwenden von aus dem Schritt des Trocknens gewonnenem Wasserdampf für den Schritt des Reformierens . Mit diesem Schritt wird Wasserdampf, der bei dem voranstehend beschriebenen Schritt des Trocknens der Biomasse entsteht, für die Reformierung durch eine Wassergasreaktion bei höheren Temperaturen genutzt . f) Rückführen von mindestens einem Teil des nach dem Schritt des Abscheidens verbleibenden Gasgemischs in den Vergaser. Hiermit kann das verbleibende Gasgemisch zum erneuten Hydrieren und Reformieren beispielsweise erneut dem Vergaser zugeführt und somit das beschriebene Verfahren bzw. die Vorrichtung erneut durchlaufen. g) Abtrennen von Komponenten des nach dem Schritt des Abscheidens verbleibenden Gasgemischs durch geeignete Molekularsiebe. Mittels dieser Molekularsiebe können einzelne Komponenten des verbleibenden Gasgemischs, wie bspw. Stickstoff, aus diesem entfernt werden, bevor das verbleibende Gasgemisch, wie dargestellt, erneut dem Vergaser zugeführt wird. Hier-

zu können die Molekularsiebe in der Vorrichtung in einem Hauptström angeordnet sein, so dass der in Richtung des Vergasers rückgeführte Teil des verbleibenden Gasgemischs vollständig durch die Molekularsiebe geleitet wird. Alternativ können die Molekularsiebe in einem Nebenstrom angeordnet sein, so dass lediglich ein teilweises Abtrennen in dem Nebenstrom erfolgt und ein anderer Teil des rückgeführten Gasgemischs über einen Hauptstrom direkt zum Vergaser geleitet wird. Entsprechend kann die beschriebene Vorrichtung zweite Rückführvorrichtungen bereitstellen, so dass ein Gasgemisch aus dem Separator in den Vergaser zurückgeführt bzw. dem Vergaser zugeführt werden kann, wobei die zweiten Rückführvorrichtungen Hauptstrom- und/oder Nebenstromleitungen aufweisen. h) Abbrennen eines Teils des nach dem Schritt des Ab- scheidens verbleibenden Gasgemischs. Alternativ oder ergänzend zu dem beschriebenen Abtrennen kann mindestens ein Teil des verbleibenden Gasgemischs abgebrannt und auf diese Weise entfernt sowie eine Anreicherung mit inerten Gaskomponenten, wie bspw. N ₂ , verhindert werden.

Entsprechend einer anderen Ausgestaltungsform umfasst das Verfahren des weiteren mindestens einen der Schritte aus einer Gruppe von Schritten bestehend aus einer realen Vergasung, einer Gas -Dampf -Reformierung, einer Koks- Verschwelung, einer Koks -Hydrierung, einer Teer- Kondensation, einer Elektrolyse und einer Treibstoff- Synthese, wie bspw. einer Alkohol -Synthese .

Die voranstehend beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren ermöglichen es somit aus Biomasse unter Zugabe von elektrischer Energie Treibstoff herzustellen, wo-

bei neben dem Treibstoff des weiteren Wärme frei wird. Die folgenden Ausführungen werden, wie bereits eingangs erläutert, lediglich beispielhaft für Alkohol als Treibstoff dargestellt. Es ist somit möglich, elektrische Energie aus Strom in chemische Energie zu wandeln, die in Form des Alkohols gespeichert wird und vergleichsweise einfach lagerbar ist. Es kann somit elektrische Energie, die bei günstigen Bedingungen bspw. geeigneten Windverhältnissen, bei ausreichender Sonneneinstrahlung oder in anderer Form anfällt, in Form von Alkohol gespeichert werden.

Die hierbei verwendete Biomasse dient als Kohlenstoff- Lieferant und kann des weiteren zu einer Effizienzsteigerung verwendet werden. Das beschriebene Verfahren erlaubt eine überführung des Kohlenstoffs (C) in einen Alkohol, bspw. Methanol (CH ₃ OH) , so dass auf diese Weise eine bei bisherigen Verfahren übliche Umwandlung in CO ₂ verhindert werden kann.

Die Umwandlung und Speicherung der elektrischen Energie in Form von Alkohol erlaubt eine einfache und effektive Speicherung, da der Alkohol für gewöhnlich in flüssigem Zustand gewonnen werden kann und in Tanks lagerbar ist. Die in dem Alkohol gespeicherte Energie kann auf verschiedene Art und Weise wieder verwendet bzw. abgerufen werden. Bspw. eignet sich Alkohol zur Verwendung als Treibstoff oder kann in Wärme oder Strom umgewandelt werden.

Neben einer einfachen Lagerung erlaubt die Speicherung des Alkohols in Tanks eine bedarfsgerechte Bereitstellung des Alkohols und somit der darin gespeicherten Energie. Der Alkohol ist unabhängig von äußeren Einflüssen verfügbar und kann des weiteren auf einfache Weise transportiert werden.

Abwärme, die bei der beschriebenen elektro-thermo- chemischen Vergasung der Biomasse zur Speicherung von Energie in Alkohol entsteht, kann bspw. zur Heizung oder Brauchwassererzeugung nutzbar gemacht werden. Auf diese Weise kann mittels Nutzung der Abwärme bzw. einer sogenannten Brennwertnutzung ein vergleichsweise hoher Gesamtwirkungsgrad des beschriebenen Verfahrens bzw. der Vorrichtung, bspw. von 90-100 %, erreicht werden.

Die beschriebene Vorrichtung zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens kann als kleine dezentrale Vorrichtung ausgeführt werden, um bspw. in Haushalten oder Einfamilienhäusern, eingesetzt zu werden. Grundsätzlich ist die Vorrichtung beliebig skalierbar, so dass auch große Vorrichtungen bzw. Anlagen realisierbar sind, die zentral einsetzbar sind.

Das beschriebene Verfahren erlaubt eine Addition der Energiemengen von Strom und Biomasse und ermöglicht mittels der Abwärmenutzung einen hohen Gesamtwirkungsgrad.

Die Verwendung von Biomasse erlaubt eine vielfältige Biomassenverwertung und somit eine große Rohstoffbasis. Im wesentlichen kann der gesamte Kohlenstoff der Biomasse in Alkohol überführt werden. Es entsteht hierbei im wesentlichen kein Kohlenstoffdioxid CO ₂ . Kohlenstoffdioxid CO ₂ wird erst bei einer anschließenden Nutzung des Alkohols, bspw. bei der Verbrennung des Alkohols, frei. Jedoch wird hierbei nur soviel CO ₂ freigesetzt, wie bspw. Pflanzen bei der Produktion der Biomasse aufgenommen haben. Erst die Verwendung der Biomasse macht es möglich die elektrische Energie des Stroms in flüssiger Form, bspw. als Alkohol, zu speichern. Der hierzu verwendete Strom kann räumlich von der Alkohol- Produktion getrennt werden. Bspw. können Windkraftanlagen oder Solaranlangen an günstigen Standorten errichtet und

der erzeugte Strom zur Produktion des Alkohols an Standorte geleitet werden, an denen eine ausreichende Menge der Biomasse anfällt. Selbstverständlich können die Vorrichtungen zur Produktion des Alkohols auch direkt neben den stromerzeugenden Anlagen wie bspw. den Windkraftanlangen oder Solaranlagen installiert werden.

Mit Hilfe der Speicherung der Energie kann somit eine bedarfsgerechte Bereitstellung von Energie auch in Windflautezeiten oder in der Nacht bereitgestellt werden. Grundsätzlich kann nahezu der gesamte Kohlenstoff, der in der Biomasse enthalten ist, in Alkohol überführt werden, wobei im wesentlichen kein CO ₂ entsteht. Die Vorrichtung nutzt elektrische Energie aus Strom zur Erzeugung bzw. zur Gewinnung von Alkohol . Dies erlaubt insbesondere eine Verwendung von sogenannten Stromüberschüssen, die bei den beschriebenen Energiewandlungs- bzw. Stromgewinnungsanlagen in der Regel in Zeiten niedriger Auslastung bzw. niedrigem Bedarf auftreten.

Wie voranstehend bereits beschrieben, kann die Vorrichtung einen Vergaser zur Vergasung der Biomasse zu einem Gasgemisch bzw. einem Synthesegas umfassen. Des weiteren kann die Vorrichtung einen Gaswäscher zum Waschen des Gasgemischs bzw. zur Gasreinigung und/oder eine Elektrolysevorrichtung aufweisen, wobei in dem Gaswäscher unter anderem Kohlenstoffverbindungen aus dem Gasgemisch abgeschieden werden können. Die Elektrolysevorrichtung nutzt Strom zur Produktion von Wasserstoff mittels Elektrolyse. Des weiteren kann in einem Separator der Vorrichtung mit Hilfe einer Alkoholsynthese Alkohol, z.B. Methanol (CH ₃ OH), aus dem Gasgemisch bzw. dem Synthesegas und Wasserstoff (H ₂ ) erzeugt werden. Der Alkohol wird entsprechend ausgeleitet und kann in Tanks gespeichert werden. Die Abwärme der beschriebenen Vorrichtung ist bspw. zur Heizung bzw. Brauchwasser-

erzeugung nutzbar oder auch als Prozesswärme in geeigneten Medien ausleitbar.

Wie bereits voranstehend aufgeführt, kann die beschriebene Vorrichtung zur Gewinnung des Alkohols ein oder mehrere (Teil-) Verfahren aus einer Gruppe von Verfahren nutzen. Diese Gruppe umfasst eine ideale Vergasung, eine reale Vergasung, eine Gas -Dampf -Reformierung, eine Koksverschwelung, eine Kokshydrierung, eine Teer-Kondensation, eine Elektrolyse und eine Methanolsynthese.

Das voranstehend beschriebene Verfahren zur Gewinnung des Alkohols kann des weiteren die folgenden Schritte umfassen: Aufheizen der Biomasse mit Strom bzw. Vergasen der Biomasse zu einem Gasgemisch und Cracken von Kohlenstoff- Wasserstoff-Verbindungen (CH-Verbindungen) , die in dem Gasgemisch enthalten sind, mit Hilfe des sogenannten Steam- Reforming bzw. der Gas-Dampf -Reformierung. Das bei der Vergasung erzeugte und gleichzeitig aufgeheizte Gasgemisch kann zu einer Rückgewinnung von Wärme durch Gegenstrom- Wärmetauscher geleitet werden und auf diese Weise sowohl zur Erwärmung des erzeugten Gasgemischs, wie auch der Biomasse genutzt werden. Auf diese Weise müssen lediglich Energieverluste mit elektrischer Energie des verwendeten Stroms ausgeglichen werden, ansonsten kann eine Energiezuführung mittels der Rückgewinnung der Wärme erzielt werden.

Des weiteren ist es möglich eine sogenannte intermitierende Arbeitsweise zum Abbrennen von Koks mit Sauerstoff O ₂ und Wasser H ₂ O einzusetzen. Das bei dem beschriebenen Verfahren entstehende Gasgemisch bzw. Synthesegas umfasst Kohlens- toffmonoxid (CO) , Kohlendioxid (CO ₂ ) sowie Wasserstoff (H ₂ ) . Mit Hilfe einer anschließenden Methanolsynthese kann aus dem Gasgemisch bzw. Synthesegas Alkohol gewonnen werden.

Unter dem beschriebenen Gasgemisch (soweit nicht näher spezifiziert) ist das bei der Vergasung entstehende Gasgemisch zu verstehen, dessen Komponenten bzw. dessen Zusammensetzung sich durch entsprechende Reaktionen in den einzelnen Schritten bzw. bei Anwendung der einzelnen (Teil-) Verfahren verändern kann.

Das beschriebene Verfahren kann des weiteren eine mehrstufige Gasaufbereitung umfassen, die sich aus mehreren Schritten zusammensetzt. Bei der Vergasung der Biomasse erfolgen eine Aufheizung mittels der elektrischen Energie des Stroms sowie eine zusätzliche Erhitzung des Gasgemischs mit Hilfe von Gegenstrom-Wärmetauschern. Des weiteren kann die Gasaufbereitung, wie bereits erwähnt, eine Gas -Wasserdampf - Reformierung, eine Koks-Verschwelung mit Sauerstoff (O ₂ ) und eine Teer-Kondensat-Wasserdampf -Reformierung umfassen. Eine Abtrennung von möglicherweise anfallender Asche, die insbesondere bei der Vergasung der Biomasse entsteht, kann mittels einer Vorabtrennung in einen Aschekasten mit Rost erfolgen. Des weiteren kann die Vorrichtung elektrostatische Filter umfassen, die zur Abbrennung von Asche ausgebildet sind. Ebenso ist ein Einsatz von Gewebefein-Filtern möglich. Um ein Verschmutzen bzw. Verstopfen von Filtern zu verhindern, können sogenannte Regenerationszyklen in einer Steuerung der Vorrichtung vorgesehen sein. Außerdem kann für die Alkoholsynthese, wie bspw. die Methanolsynthese, ein sogenannter Purge-Zyklus eingesetzt werden.

Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens kann eine mögliche Abscheidung langkettiger Kohlenstoffverbindungen, insbesondere KohlenwasserstoffVerbindungen aus der Biomasse, wie bspw. Teerabscheidungen, vermieden werden, da diese bei hohen Temperaturen gasförmig vorliegen. Erst beim Abkühlen kondensieren diese und können zu Verstopfungen führen.

Durch geeignete Rückführungsvorrichtungen können jedoch die KohlenstoffVerbindungen bzw. teerhaltigen Substanzen des Gasgemisches die Vorrichtung bzw. Teile der Vorrichtung mehrfach durchlaufen bis der Teer bzw. Rückstände des Teers vollständig abgebaut ist bzw. sind. Dies kann durch ein sogenanntes Cracken bzw. Aufspalten der langkettigen KohlenstoffVerbindungen erzielt werden.

Der voranstehend beschriebene Regenerationszyklus kann bspw. ein Freibrennen der Vorrichtung durch kurzzeitiges Aufheizen des gesamten Systems bzw. der gesamten Vorrichtung oder Teile der Vorrichtung umfassen. Die beschriebene Abscheidung der Asche kann bspw. mittels elektrostatischer Filter erfolgen, die mittels Regeneration gereinigt werden können. Des weiteren ist ein Abbrennen von Filterflächen der Filter in Aschekästen möglich. Elektrostatische Filter erfordern im Gegensatz zu Feinfiltern, wie bspw. Feingewebefiltern, abgesehen von der Entleerung der Aschekästen keinen Wartungsaufwand. Selbstverständlich ist ebenso ein Einsatz der Feinfilter bzw. Feingewebefilter möglich, die bei Bedarf gereinigt oder gewechselt werden müssen.

Der in der Vorrichtung verwendete Katalysator erlaubt bei einer Verwendung von schwefelarmer Biomasse eine hohe Standzeit. Wird jedoch schwefelhaltige Biomasse verwendet, so ist ein zyklischer Austausch des Katalysators gegebenenfalls notwendig. Außerdem ist auch ein Schwefelfilter in Form einer Entschwefelungsstufe verwendbar. Diese kann in Form einer Zinkoxid-Schicht (ZnO) auf einem geeigneten Träger bereitgestellt sein. In dieser kann bspw. H ₂ S (Schwefelwasserstoff) mit ZnO zu ZnS (Zinksulfid) und H ₂ O (Wasser) umgewandelt werden, wobei die beschriebene Reaktion bspw. in einem Temperaturbereich zwischen 200 und 400 ⁰ C stattfinden kann. Eine in der Vorrichtung gegebenenfalls

notwendige Kondensat -Abfuhr kann bspw. mittels einer Trennung mit Wasser und Kondensat erfolgen.

Als Biomasse können prinzipiell alle organischen Materialien verwendet werden. Hierzu zählen insbesondere Holz, Hackschnitzel, Pellets, sowie Hausmüll, Papier, Pappe, Stroh, Gras und Grünschnitt. Ebenso können Algen, Plankton und landwirtschaftliche Abfälle verwendet werden. Auch können PVC- freie Kunststoffe oder Schreddermüll als Biomasse eingesetzt werden. Die Biomasse kann hierbei in fester Form oder auch in flüssiger Form bereitgestellt werden. Flüssige Biomasse ist bspw. unter dem Namen "Bio-Slurry" bekannt und bietet den Vorteil eines deutlich reduzierten Volumens gegenüber Biomasse in fester Form. Die voranstehend genannten Aufzählungen sind jedoch rein beispielhaft und keinesfalls vollständig.

Der Wirkungsgrad des beschriebenen Verfahrens bzw. der beschriebenen Vorrichtung hängt stark von der verwendeten Biomasse ab. Bspw. könnte daher in kleinen und dezentralen Vorrichtungen hochwertigere Biomasse verwendet werden, um einen ausreichenden Wirkungsgrad bereitzustellen, wohingegen in großen Vorrichtungen nahezu jede Biomasse, ggf. auch mit geringerem Wirkungsgrad, verwendet werden kann.

Wie bereits voranstehend beschrieben, ist es möglich die Vorrichtung unterschiedlich zu skalieren, so dass verschiedene Leistungsstufen erzielbar sind. Je schlechter der direkte Umwandlungswirkungsgrad ist, desto wirtschaftlicher sind kleine dezentrale Systeme mit Wärmenutzung. Je höher der Wirkungsgrad ist, desto sinnvoller sind große Vorrichtungen .

Es wird an dieser Stelle nochmals explizit auf den einleitenden Hinweis verwiesen, wonach die Gewinnung von Alkohol

als Treibstoff rein beispielhaft beschrieben ist und anstelle des Alkohols mit dem beschriebenen Verfahren und der Vorrichtung ebenso andere Treibstoffe gewonnen werden können. Ebenso gelten die in Zusammenhang mit der Gewinnung von Alkohol aufgeführten Beschreibungen zu den jeweiligen Komponenten und Verfahrensschritten auch für die Ausführungsformen zur Gewinnung von Wasserstoff und der Kopplung der Vorrichtung mit einer Verbrennungskraftmaschine, soweit die entsprechenden Komponenten und Verfahrensschritte auch dort vorgesehen werden können.

Weitere Vorteile und Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur Gewinnung von Alkohol aus Strom und Biomasse.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Gewinnung von Alkohol aus Biomasse unter Zufuhr elektrischer Energie aus Strom.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur Gewinnung von Treibstoff aus Strom und Biomasse am Beispiel von Alkohol bzw. Methanol. Demnach umfasst das System

eine Vorrichtung 300 zur Methanolgewinnung, in die Biomasse zur Erzeugung des Methanols eingeleitet wird und die in der nachfolgenden Figur 2 detailliert beschrieben ist. Optional kann neben der Biomasse zusätzlich Methan und/oder H ₂ zur Hydrierung der Biomasse zugeführt werden. Der Wasserstoff H ₂ kann hierbei entweder mittels Wasserstoffelektrolyse (falls hierzu entsprechende Vorrichtungen vorgesehen sind) hergestellt oder bspw. als Solarwasserstoff (Solar-H ₂ ) von einer entsprechenden Anlage (nicht dargestellt) zugeführt werden. Zusätzlich zu der Biomasse lässt sich des weiteren auch CO ₂ anstelle der Biomasse oder zusätzlich zu dieser zum Betrieb der Vorrichtung 300 einleiten. Ebenfalls optional kann Wasser zur Vergasung der Biomasse bzw. für eine Dampfreformierung von Methan und Wasser eingesetzt werden. Elektrischer Strom, der für den Betrieb der Vorrichtung 300 eingesetzt wird, kann aus gewöhnlichen Quellen oder aus regenerativen Quellen, wie bspw. Windkraftanlagen 11 und/oder photovoltaischen Anlagen 12 bezogen werden. Als Produkte liefert die Vorrichtung 300 anorganische Bestandteile der zugeführten Stoffe in Form von Asche sowie bei den in der Vorrichtung ablaufenden chemischen Reaktionen entstehende Wärme und den gewünschten Treibstoff in Form von Methanol. Sieht die Vorrichtung 300 Vorrichtungen zur Wasserstoffelektrolyse vor, so kann außerdem Sauerstoff anfallen. Das entstehende Methanol wird aus der Vorrichtung 300 in einen Tank 13 zur Bevorratung geleitet, aus dem es zur vielfältigen Verwendung als Treibstoff abgerufen werden kann. Neben einer rein beispielhaften Verwendung in entsprechend ange- passten Otto- oder Dieselmotoren ist ebenso eine Verwendung in entsprechenden Brennstoffzellen, wie bspw. Direct- Methanol-Fuel-Cells (DMFC) , sowie in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) 14 möglich. Dort entsteht bei einer Umwandlung zu elektrischem Strom ebenfalls Wärme und CO ₂ sowie ggf . Wasser .

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung 300 zur Gewinnung von Alkohol aus Biomasse unter Zufuhr elektrischer Energie aus Strom. Hierzu umfasst die Vorrichtung 300 eine Zufuhr 320 für die Biomasse bspw. aus einem Biomasse-Behälter (nicht dargestellt) . Diese Zufuhr kann als Zufuhr für Biomasse in fester Form ausgestaltet sein, oder Druckleitungen zur Einleitung von flüssiger Biomasse umfassen. über die Zufuhr 320 wird die Biomasse einem Vergaser 33 zur Vergasung zugeführt. Optional ist es möglich, in der Zufuhr 320 der Biomasse ebenfalls eine Zufuhr 320' für Wasserstoff oder Wasserstoffhaltige Verbindungen, wie bspw. Methan, zur Hydrierung bzw. H ₂ -Anreicherung der Biomasse vorzusehen. Dies bietet die Möglichkeit, auf eine Elektrolyse zur Wasserstofferzeugung für eine H ₂ -Zuleitung vollständig oder zumindest teilweise zu verzichten.

Die dargestellte Ausführungsform weist darüber hinaus einen zweiten Wärmetauscher 321 im Bereich der Zufuhr 320 auf, um die zugeführte Biomasse bereits vor der Zuleitung in den Vergaser zu erhitzen. Dieser wird nachfolgend noch näher beschrieben.

In dem Vergaser 33 wird die Biomasse unter Zufuhr elektrischer Energie zu einem Gasgemisch vergast. Hierzu wird der Vergaser 33 mittels elektrischer Energie beheizt und die Biomasse durch Pyrolyse verbrannt bzw. vergast. Eventuell anfallende Asche kann über geeignete Vorrichtungen (nicht dargestellt) entfernt werden. Das bei der Vergasung gewonnene Gasgemisch steigt in einem Gehäuse des Vergasers 33 auf. An einem oberen Ende des Gehäuses des Vergasers 33 ist eine Heizvorrichtung 34 angeordnet, in der das aus der Vergasung gewonnene Gasgemisch elektrisch weiter erhitzt und von der Heizvorrichtung 34 in einen Wärmetauscher 35 geleitet wird. Alternativ kann die Heizvorrichtung 34 eine Nach-

heizung mit Sauerstoff (nicht dargestellt) umfassen, so dass Sauerstoff zugeführt und zur Erzeugung von Wärme verbrannt wird. Der Wärmetauscher 35 umfasst einen Reformer zur Reformierung des aus der Vergasung gewonnen Gasgemischs und führt das reformierte Gasgemisch innerhalb des Gehäuses des Vergasers 33 in entgegengesetzter Richtung zu dem aufsteigenden aus der Vergasung gewonnenen Gasgemisch. Anschließend wird das reformierte Gasgemisch aus dem Gehäuse des Vergasers 33 ausgeleitet. Der Wärmetauscher 35 ist derart ausgebildet, dass er das reformierte Gasgemisch in Gegenrichtung zu dem aufsteigenden aus der Vergasung gewonnenen Gasgemisch leitet und auf diese Weise das aufsteigende aus der Vergasung gewonnenen Gasgemisch mit Hilfe des bei der Reformierung weiter erhitzten reformierten Gasgemischs aufheizt.

Des weiteren kann in dem Wärmetauscher 35 bzw. in zugehörigen Leitungen des Wärmetauschers 35 eine Füllung mit kata- lytischer Funktion vorgesehen sein, so dass zusätzlich ein Katalysator bereitgestellt werden kann. Diese Füllung kann bspw. Kobalt, Platin oder andere geeigneten katalytisch wirkende Materialien umfassen.

Im Anschluss an den Wärmetauscher 35 bzw. den Reformer kann das reformierte Gasgemisch in eine erste Rückführvorrichtung 351 geleitet werden. Mittels dieser ersten Rückführungsvorrichtung 351 kann das reformierte Gasgemisch in den Vergaser 33 zurückgeführt bzw. dem Vergaser 33 zugeführt werden. Die erste Rückführvorrichtung 351 stellt somit einen Umwälzkreislauf für das reformierte Gasgemisch bereit, wobei der Umwälzkreislauf den Vergaser 33, die Heizvorrichtung 34 und den Wärmetauscher 35 bzw. den Reformer umfasst. Somit ist es möglich, das in dem Reformer gewonnene reformierte Gasgemisch vor einer Weiterbehandlung in einem nachfolgend angeordneten Gaswäscher 37 in den Vergaser 33 zu-

rückzuführen, so dass das bereits reformierte Gasgemisch die Komponenten des Umwälzkreislaufs ein weiteres Mal passiert. Selbstverständlich kann dieser Umwälzkreislauf in einer beliebigen Anzahl von Rückführzyklen wiederholt werden, so dass das Gasgemisch in diesem Umwälzkreislauf wiederholt zirkuliert.

Des weiteren umfasst die Rückführvorrichtung 351 eine Vorheizung 352 zur Vorheizung bzw. Erhitzung des reformierten Gasgemischs vor der erneuten Zuführung in den Vergaser 33.

Zum Betrieb des Umwälzkreislaufs und der Rückführung des reformierten Gasgemischs in den Vergaser 33 umfasst die erste Rückführvorrichtung 351 eine Umwälzpumpe 353. Soll das reformierte Gasgemisch aus dem beschriebenen Umwälz - kreislauf entfernt werden, so wird es über ein Ablassventil 354 in den weiteren zweiten Wärmetauscher 321 geleitet, der für einen Wärmeaustausch zwischen dem reformierten Gasgemisch und der in der Zufuhr 32 beförderten Biomasse sorgt. Hierzu kann der zweite Wärmetauscher 321 bspw. im Bereich der Zuführung 320 angeordnet sein. Anschließend wird das reformierte Gasgemisch in einen Gaswäscher 37 geleitet, um das reformierte Gasgemisch zu waschen. Hierbei werden dem reformierten Gasgemisch kohlenstoffhaltige Verbindungen, insbesondere kohlenwasserstoffhaltige Verbindungen (CH) , wie bspw. Teer, entzogen. Diese entzogenen kohlenstoffhaltigen Verbindungen können durch geeignete Vorrichtungen (nicht dargestellt) der Biomasse wieder zugeführt werden und in einem erneuten Durchlauf den Vergaser 33, die Heizvorrichtung 34 und den Wärmetauscher 35 mit Reformer passieren und auf diese Weise entfernt werden. Hierbei werden die in der Regel langkettigen kohlenstoffhaltigen Verbindungen durch das sogenannte Cracken aufgespaltet. Die Vorrichtung zur Rückführung von kohlenstoffhaltigen Verbindungen ist jedoch in Figur 2 nicht dargestellt.

Das in dem Gaswäscher 37 entstandene gewaschene Gasgemisch kann optional, in einem Filter 38 gefiltert werden, der bspw. als Feingewebefilter oder elektrostatischer Filter ausgebildet ist. Das hierbei entstandene gefilterte bzw. gewaschene Gasgemisch wird nun in einen Katalysator 39 zur Gewinnung von Alkohol aus dem gewaschenen bzw. gefilterten Gasgemisch durch katalytische Reaktion geleitet. Anschließend erfolgen eine Abscheidung des Alkohols in einem Separator 40 und eine Ausleitung des Alkohols bspw. in einen Tank (ebenfalls nicht dargestellt) . Da in einem Katalysator bei der katalytischen Reaktion lediglich ein Teil des Gasgemischs reagiert, kann die Vorrichtung derart ausgestaltet sein, dass das nach dem Separator 40 verbleibende Gasgemisch den Katalysator 39 mehrfach passiert, um verbleibende Reste bzw. Komponenten des Gasgemischs ebenfalls zur Reaktion zu bringen. Hierzu wird das verbleibende Gasgemisch nach Durchlaufen des Separators 40 wieder dem Katalysator 39 zugeführt. Das verbleibende Gasgemisch wird dem aus dem Gaswäscher 37 bzw. dem Filter 38 zugeleiteten gefilterten bzw. gewaschenen Gasgemisch beigemischt und zusammen in den Katalysator 39 eingeleitet.

In der dargestellten Ausführungsform sind rein optionale Vorrichtungen zur Zufuhr von CO ₂ 381 und Wasserstoff (H ₂ ) 382 in das gewaschene bzw. gefilterte Gasgemisch vorgesehen. Diese erlauben eine Anreicherung der jeweiligen Anteile dieser Komponenten in dem Gasgemisch zur Veränderung und Anpassung der Zusammensetzung des gewaschenen bzw. gefilterten Gasgemischs für die anschließende Synthese in dem Katalysator 39 bzw. Separator 40.

Eine Zuleitung des CO ₂ kann bspw. aus einem separaten Speicher (nicht dargestellt) erfolgen. Wird dem Gasgemisch CO ₂ zugeführt, so kann der Bedarf an Biomasse gleichzeitig ge-

senkt oder ein geringer Kohlenstoffgehalt der Biomasse ausgeglichen werden. Auch ist es somit möglich die Vorrichtung 300 mit einer beliebigen Kombination von Biomasse, Methan, Wasserstoff und CO ₂ zu betreiben.

Zur Erzeugung des zugeführten Wasserstoffs kann die Vorrichtung darüber hinaus eine Vorrichtung (nicht dargestellt) zur Wasserstoff -Erzeugung, wie bspw. eine Vorrichtung zur Wasserstoffelektrolyse oder eine Solarwasserstoff - anläge, umfassen oder mit dieser gekoppelt sein.

Der Wasserstoff kann auch bspw. in die Zufuhr 32 und/oder den Vergaser 33 und/oder im Bereich des Separators 40 eingeleitet werden.

Ebenfalls optional kann für die Zufuhr von CO ₂ und H ₂ ein Verdichter 383 vorgesehen sein, um die zuzuführenden Gase mindestens auf einen lokalen Systemdruck der Vorrichtung 300 zu erhöhen.

Außerdem ist die Vorrichtung 30 derart ausgebildet, dass die gesamte Vorrichtung 30 ein geschlossenes System darstellt. Eine Ausführung der gesamten Vorrichtung als geschlossenes System erlaubt insbesondere eine direkte Zufuhr der Biomasse aus dem Biomasse-Behälter, wenn dieser ebenfalls in das gesamte System integriert ist und ebenfalls unter dem jeweiligen Innendruck des Vergasers 33 steht. Eine Anbindung des Biomasse-Behälters 31 über eine Druckschleuse ist in diesem Fall nicht notwendig.

Der Biomasse-Behälter kann so ausgelegt werden, dass dieser eine bestimmte Menge der Biomasse bspw. für einen mehrstündigen Betrieb der Anlage oder deren Tagesbedarf aufnimmt bzw. bevorratet. Erst wenn der Behälter leer ist, wird der Innendruck mindestens des Vergasers und somit auch des Bio-

masse-Behälters auf Atmosphärendruck: abgesenkt und die Befüllung des Biomasse-Behälters kann erneut erfolgen. Anschließend beginnt die Vergasung erneut, wodurch der erforderliche Systemdruck bzw. Innendruck im Vergaser 33 bzw. Dem Biomasse-Behälter selbständig aufgebaut wird.

Mit Hilfe einer sogenannten "Purgegas" -Rückführung (ebenfalls nicht dargestellt) kann nach der dargestellten Alkoholseparation in dem Separator 40 mindestens ein Teil des verbleibenden Gasgemischs zurück zur Vergasung in den Vergaser 33 geführt werden. Auf diese Weise können auch Gase bzw. Komponenten des verbleibenden Gasgemischs wie z.B. Methan erneut im Reformer zu CO und H ₂ umgewandelt werden. Eine Anreicherung von Stickstoff und anderen inerten Gasen bzw. Gaskomponenten kann durch zyklischen oder kontinuierlichen Teilabzug aus dem rückgeführten verbleibenden Gasgemisch (sog. Kreislaufgas oder Purgegas) verhindert werden. Von diesem sogenannten "Purgegas" kann entweder durch Molekularsiebe (nicht dargestellt) der unerwünschte Teil bzw. die entsprechenden Moleküle abgetrennt werden oder aber es wird direkt verbrannt. Die dabei entstandene Wärme kann für das beschriebene Verfahren bzw. die beschriebene Vorrichtung genutzt werden.