Im Salat und im Brenner

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Mit Pflanzenöl heizen. „Heizt Du mit Livio oder Mazola?“ „Nein, in meine Heizung kommt nur Olivenöl.“ So könnte ein Dialog zwischen zwei Hausbesitzer in, vielleicht, nicht allzu ferner Zukunft aussehen. Denn das Oel-Waerme-Institut entwickelt mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft ein Heizungsbrenner-System, das sowohl mit Heizöl, Pflanzenöl oder einem Gemisch aus beidem betrieben werden kann. Dabei dachten wir doch alle Öl hätte jetzt definitiv als Heizstoff der Zukunft ausgedient. Eine Revolution?

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Statt im Salat: Pflanzenöl könnte schon bald, wie selbstverständlich, zum beheizen unserer Wohnungen und Häuser genutzt werden.

Ein neues Brennersystem macht es möglich

Bisher müssen Pflanzenöle chemisch verändert werden, damit sie in herkömmlichen Heizsystemen dem Heizöl beigemischt werden können. Bestehende Heizölbrenner können Pflanzenöl wegen seiner höheren Viskosität nicht ohne Umrüstung einsetzen. Die Projektpartner in Flex³ entwickeln ein Brennersystem, welches neben Heizöl auch Pflanzenöl direkt als Brennstoff nutzt. Dazu entwickeln die Forscher ein mikrotechnologisches Verfahren, das Pflanzenöl und Wasser zu einer Emulsion mischt. Diese wird anschließend zu einem Brenngas zerstäubt und in der Brennkammer homogen verteilt.

Brennerleistung anpassbar

Eine stufenlose Modulation passt die Leistung zwischen 5 und 25 Kilowatt dem aktuellen Bedarf an. Im Fokus des vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projektes steht die optimierte Gemischaufbereitung und Zerstäubung der Brennstoffe. Diese soll die schadstoffarme Verbrennung in Brennersystemen für Gebäudeheizungen mit kleinen Heizleistungen ermöglichen.

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Mit den Experimenten in einem Labor des Oel-Waerme-Instituts werden die Funktionsmuster eines Pflanzenölbrenners getestet.© OWI

Die Mikroemulsion wird während der Brennerlaufzeit erzeugt. Die Tropfengrößen der Emulsion liegen im Mikrometerbereich, so dass die Emulsion auch ohne Zugabe von Emulgatoren stabil bleibt. Der Mischvorgang von Wasser und Brennstoff findet in einem eigens zu diesem Zweck entwickelten Mikromischer statt, dessen Strömungskanäle durch hochpräzise Laserverfahren erzeugt werden.

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Ein Vergleich der Flammenbilder zeigt, dass die Verbrennung von Pflanzenöl (rechts) der von Heizöl (links) qualitativ nahe kommt. In weiteren Schritten wird mit anderen Flammrohren oder Düsenvariationen der Anteil gelber Flammen reduziert, so dass sich die Flammenbilder von Pflanzenöl und Heizöl immer weiter annähern.

Die Wissenschaftler optimieren den Zerstäubungsvorgang

Die erhöhte Modulation von 1:2 auf 1:5 im Leistungsbereich ab 5 Kilowatt erreichen die Wissenschaftler durch die Taktung der Zerstäubung mit einem Ventil-/Düse-System, die bei konstantem Düsenvordruck und mit Pulsweiten-Modulation des Ventils betrieben wird. Entscheidend dabei ist eine schnelle Reaktionszeit von Ventil und Düse.

Eine Zugabe von Wasser unterstützt die Erzeugung eines stabilen Sprays auch für geringe Brennstoffdurchsätze. Der Wasseranteil senkt die Verbrennungstemperatur, dadurch wird die Bildung von thermischen Stickstoffoxiden gemindert und es entstehen weniger Rußpartikel.

Kompakte und kostengünstige Bauweise

Der Einsatz von kleinen Geräten in der Gemischaufbereitung und Zerstäubung ermöglicht eine kompakte Bauweise. Durch die kurzen Verweilzeiten in den Förderleitungen sinken die Anforderungen an die Stabilität der Emulsion.

Es gibt noch weitere Einflussfaktoren auf eine emissionsarme Verbrennung. So ist zum Beispiel eine auf die langen Verdunstungszeiten von Pflanzenöl optimierte strömungstechnische Auslegung des Gemischbildungsbereiches entscheidend für eine homogene Vormischung des Brennstoffs.

Daher setzen die Projektpartner im Vergleich zu konventionellen Brennersystemen zahlreiche neue Komponenten ein. Bereits in der Entwicklungsphase des Brennersystems achten sie darauf, dass die Komponenten des Systems später möglichst kostengünstig hergestellt werden können. Eine Entwicklung, die die Brennertechnologie tatsächlich revolutionieren könnte, zumindest im privaten Kleinbrenner-Bereich.

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