Zeitung Heute : Nass verbrannt

Mit einem neuen Verfahren werden Gasturbinen effizienter und für die Verbrennung von Biomasse tauglich gemacht

Daniel Kastner

Nasse Verbrennung? Das klingt zunächst nach einem unlösbaren Widerspruch. Schließlich lernt jedes Kind: Wasser löscht Feuer. Doch genau am Prinzip der nassen Verbrennung forscht Oliver Paschereit, Leiter des Fachgebietes für Experimentelle Strömungsmechanik an der TU Berlin. In einer Gasturbine wird die Energie eines heißen Gases in mechanische Energie umgewandelt. Angesaugte Luft wird in einem Kompressor verdichtet und strömt in eine Brennkammer. Dort wird der Brennstoff verbrannt, wobei sich die Temperatur erhöht. Während das heiße Gas auf einen niedrigen Druck entspannt wird, treibt es die Turbinenschaufeln an.

Hinsichtlich der Effizienz sind herkömmliche Turbinen mittlerweile am Limit angekommen. Um diese weiter zu steigern, müsste die Verbrennungstemperatur erhöht werden. „Aber die Werkstoffe der Turbine würden noch höhere Temperaturen nicht mehr aushalten“, sagt Paschereit. Und durch eine noch aufwändigere Kühlung würde der Betrieb einer Turbine schnell unwirtschaftlich, zumal heute schon viel Energie in die Kühlung der Materialien mit Hilfe von Luft und Dampf gesteckt wird.

Aber noch ein zweites Problem bringen höhere Verbrennungstemperaturen mit sich: mehr Schadstoffe, vor allem Stickoxide. Die entstehen bei der Verbrennung, sind für sauren Regen und Smog mitverantwortlich und richten Schäden an Gebäuden an.

Diesen Nachteilen will das Forscherteam um Paschereit mit dem Prinzip der nassen Verbrennung beikommen. Dabei spielt Wasserdampf eine entscheidende Rolle. „Bereits mit geringen Dampfmengen ist es möglich, den Wirkungsgrad zu steigern“, sagt der Ingenieur. Er will aber eine „extreme“ Menge von Wasserdampf einsetzen. „30 Prozent Dampf wurden in ersten Versuchen erreicht, ohne dass die Flamme in der Brennkammer erlosch“, berichtet der wissenschaftliche Mitarbeiter Sebastian Göke. Diesen Nachweis zu liefern, gelang weltweit erstmals in der Arbeitsgruppe von Paschereit.

Bei herkömmlichen Gasturbinen wird nur etwa die Hälfte der aufwändig verdichteten Luft für die Verbrennung genutzt. Bei der neuen Technik dagegen kommt nahezu die gesamte Luftmenge zum Einsatz. Weil so weniger Energie in die Verdichtung gesteckt werden muss, wird der Wirkungsgrad der Turbine erhöht. Zusätzlich steigt der Wirkungsgrad dadurch, dass die Wärme des Abgases nicht wie bisher in die Umgebung verpufft, sondern für die Erzeugung des Dampfes genutzt wird.

Heutige Turbinen wandeln nur etwa ein Drittel der Energie, die bei der Verbrennung des Gases freigesetzt wird, tatsächlich in Strom um. Der Rest geht entweder als Abwärme verloren oder lässt sich nur nutzen, wenn zusätzlich zur Gasturbine ein viel komplexerer Dampfkreislauf gebaut wird. Bei der ultranassen Verbrennung sollen diese beiden Prozesse – die Verbrennung des Gases und die Nutzung der Abwärme – in nur einer Maschine ablaufen, die sich so nicht nur einfacher und billiger bauen lässt, sondern zudem effizienter arbeitet.

Solche Gasturbinenkraftwerke würden die begrenzten fossilen Ressourcen schonen, weil im Verfahren der nassen Verbrennung auch wasserstoffhaltige Brennstoffe, zum Beispiel aus Bioabfällen, zur Energieerzeugung eingesetzt werden könnten. Damit könnte Energie auch preiswerter produziert werden, sagt der TU-Forscher.

Wenn die Berechnungen stimmen, steigert die nasse Verbrennung den Wirkungsgrad um 15 bis 20 Prozent. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass weniger Emissionen entstehen. Der Anteil giftiger Stickoxide im Abgas wird bei der nassen Verbrennung stark reduziert.

Der Europäische Forschungsrat (ERC) ist überzeugt von der Idee und hat Paschereit für die weitere Forschung einen „Advanced Grant“ zuerkannt. Dieser ist mit 3,14 Millionen Euro dotiert und mit dem bedeutendsten deutschen Forscherpreis, dem Leibnizpreis, vergleichbar. Daniel Kastner

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