UpCyclingKraftwerk
Eine einzigartige und umweltfreundliche Form der Elektroenergie-Erzeugung!
Unser UpCyclingKraftwerk basiert auf dem weltweit patentierten und einzigartigen Duplex TEC-Process® (TEC – Turbulent Expansive Carbonbed).
Der Duplex TEC-Process® wandelt in einem geschlossenen mehrstufigen System, umweltschonend und kostengünstig mittels thermochemischer Verwertung, kohlenstoffhaltige Abfälle zu CO2-neutralem elektrischen Strom und Wärme um.
Der Duplex TEC-Process® ermöglicht eine Schadstofffreie und hocheffiziente Erzeugung von Elektroenergie.
Durch den modularen Aufbau in Brenngaserezugungsslinien – Waste Gasification Line (WGL®) – ist das UpCyclingKraftwerk in verschiedenen Leistungsklassen plan- und realisierbar.
Energieerzeugung von ca. 2,7 MWh aus einer Tonne organischer Abfälle
Weltweiter Patentschutz: vier deutsche Hauptpatente, sieben internationale Patent-Anmeldungen. (DE/EP/US/JP/CN/HK/CA/RU)
Der weltweit patentierte TEC-Process
Brenngaserzeugung aus nicht recycelbaren Abfällen in einem vollständig geschlossenen und emissionsfreien Umwandlungssystem. (TEC-Process)
Langjährige Forschung und Entwicklung führten zu einer innovativen Technologie, der Brenngasproduktion ohne Zuführung von Fremdenergie und ohne prozesstechnische Rauchgase, die in den WGL® Anlagen der TCP Energies GmbH & Co. KG Anwendung findet. Der durch internationale Patente geschützte Duplex TEC-Process® vermeidet dabei die bekannten Nachteile von konventionellen Pyrolyse-, Vergasungs- oder Verbrennungstechnologien, wie zum Beispiel die Entstehung unerwünschter Nebenprodukte oder den notwendigen Einsatz aufwändiger Anlagen zur Rauchgasreinigung.
Umwandlung des Kohlenstoffs zu nutzbarem Brenngas > 99 %
Vorsprung durch unsere umweltfreundliche Technologie
Im Mehr-Stufen Duplex TEC-Process® zum sauberen Brenngas!
Die Abfallvergasunsganlagen der WGL® (Waste Gasifikation Line) Anlagenserie stellen eine weltweit einzigartige Technologie zur Energierückgewinnung aus organischen Abfällen aller Art dar.
Unsere Lösung ermöglicht die effiziente Umwandlung der Ausgangsmaterialien in sauberes Brenngas. Die integrierte Wärmerückgewinnung kennzeichnet den autothermen Prozess.
Mit dem in der Anlage erzeugten Brenngas werden über Gasmotoren Generatoren zur Erzeugung von elektrischem Strom angetrieben. Die dadurch erzeugte Elektroenergie kann vor Ort verbraucht oder in das öffentliche Netz eingespeißt werden.
- Apparatetechnische Trennung der einzelnen Hauptprozesse für optimale Bedingungen
- Hohe Wirkungsgrade
- Partielle Oxidations- und Reduktionsprozesse
Thermischer Gesamtwirkungsgrad ca. 88 %
Funktionsweise der Anlagen
Der modulare und redundante Aufbau der WGL® Systeme mit mehreren Produktionslinien gewährleistet einen kontinuierlichen Betrieb, auch während Wartungs- oder Reparaturarbeiten.
Die Anlagen lassen sich bedarfsgerecht anpassen und tragen damit dem steigenden Abfallaufkommen und gleichzeitig wachsenden Energiebedarf in Kommunen und Ballungsgebieten Rechnung.
Die Anlieferung der Reststoffe erfolgt per LKW. Über eine Fahrzeugwaage wird die Masse des angelieferten Materials erfasst, bevor sie in den Vorratsbunker entladen wird. Von hier aus erfolgt mit Hilfe eines Bunkerkrans die Beschickung der Grobzerkleinerer. Die jeweils nachgeschaltete Siebanlage teilt den Produktstrom in Grob- und Feinfraktion. Die Feinfraktion wird direkt über ein System von Bandförderern zu den Abscheidern für Eisenmetalle, Nicht-Eisenmetalle, Glas und Mineralien transportiert, mit denen diese ausgeschleust werden. Der so aufbereitete Produktstrom wird nachfolgend zu Trocknern gefördert, in dem mittels Warmluft (Restwärme aus Gas-, Strom- und Sauerstofferzeugung) von ca. 80 – 100 °C die prozesstechnisch erforderliche Restfeuchte von ca. 10 – 15 Ma% hergestellt wird.
Die Grobfraktion wird der Feinzerkleinerung zugeführt und im Anschluss zur separaten Sortierlinie gefördert. Hier erfolgen analog zur Verfahrensweise mit der Feinfraktion die Ausschleusung des anorganischen Materials und die Trocknung.
Die Produktströme aus den Trocknern einer Linie werden gesammelt und auf die jeweils zugeordnete Siebmaschine gefördert. Die Fraktion mit einer Korngröße < 35 mm ist das Input-Material für die Reaktoren, während die Grobfraktion wieder zur Feinzerkleinerung gelangt.
- Industrie-Abfälle
- Plastik, auch PVC
- Altreifen, Altgummi
- Sonder-Abfälle
- Hausmüll
- Shredderleicht- und -schwerfraktionen, Sortierreste
- Ersatzbrennstoffe (EBS)
- Industrie- und Gewerbeabfälle
- Kunststoffe und Gummi
- Verpackungsabfälle,
- Verbundmaterialien (aus Papier, Pappe, Kunststoffen, Holz)
- Textilien
- Bitumen- und teerhaltige Abfälle
- Biogene Abfälle, Rinden- und Holzabfälle
- Getrocknete Schlämme aus Abwasserbehandlung
- Kohle und Kohlenstaub
- Öle, Fette und Schmiermittel etc. in Teilmengen
Die in der Aufbereitungsanlage den Vorgaben entsprechend konditionierten Abfälle werden den Reaktoren zugeführt, in dem das Verfahren des Duplex TEC-Process® zur Brenngaserzeugung beginnt. Dieses ist gekennzeichnet durch Prozesse der Ent- und Vergasung organischer Stoffe und den Ablauf chemischer Reaktionen.
Die hierfür erforderliche Wärmeenergie wird aus einem Teil des organischen Materials im Inneren von Reaktor und Vergaser erzeugt (autotherme Prozessführung). Als reaktionsfähiges Vergasungsmittel wird vorgewärmte und mit Sauerstoff angereicherte Umgebungsluft eingesetzt.
Im geschlossenen Vorvergaser werden die Reststoffe auf mittlere Temperaturen von ca. 350-500 °C aufgeheizt und unter definierten Parametern von Temperatur, Sauerstoffzufuhr, Durchmischung sowie Aufheiz- und Verweilzeit durch die verschiedenen Temperaturzonen des Reaktors transportiert. Dabei werden die organischen Verbindungen zu Reaktionsprodukten wie Schwelteer, Schwelkoks und Schwelgas umgesetzt und die Restfeuchte verdampft.
Das Kohlenstoff-Gas-Gemisch (Thermolysekos, Schwelgase und -teere) gelangt zusammen mit dem Wasserdampf aus dem Reaktor direkt in den dreistufigen Vergaser. Unter geregelter Zugabe eines vorgewärmten Vergasungsmittels (Sauerstoff-Luftgemisch) kommt es bei einer Verweilzeit von ca. 2-3 Sekunden in der letzte Stufe zur fast vollständigen (> 99 %) thermischen Umwandlung des Kohlenstoffs und so zu einem energiereichen Brenngas, das im oberen Teil des Vergasers abgezogen wird. Seine wesentlichen Bestandteile sind chem. Verbind. H2, CH4, H2O und N2. Die organischen Verbindungen werden gecrackt und in niedermolekulare Bestandteile zerlegt. Die inerten Fremdstoffe (Asche, Metallrückstände, Rückstände mineralischer Inhaltsstoffe, etc.) mit höherer Dichte als das fluidisierte Kohlenstoffgemisch sinken ab und werden unterhalb des Vergaserraumes ausgetragen.
Die im Prozess vorherrschenden Bedingungen schließen die Entstehung von organischen Schadstoffen wie z. B. Dioxinen und Furanen aus.
-
Die Abkühlung und Reinigung des Brenngases erfolgen, in einem mehrstufigen Prozess. Dazu wird es durch Wärmetauscher-Zyklon, Abhitzekessel (Wärmetauscher), Heißgasfilter und Gaswäschesystem geleitet.
-
Die abgegebene Wärme des Brenngases wird rekuperativ auf das Vergasungsmittel übertragen
Das Brenngas wird in Gasmotoren mit einem Wirkungsgrad ≥ 50% in elektrischen Strom umgewandelt. Die Abwärme und Abgaswärme der Gasmotoren stehen für technologisch Zwecke zur Verfügung.
Verfahrensschritte
Abladehalle
ca. 6 – 8 LKWs/Tag transportieren in geschlossenen Anhängern hochkalorische Abfälle an und entladen diese.
Abfallbunker
Der Abfall wird vorübergehend im Sammelbunker gelagert, bevor er zu einem heizwertreichen Ersatzbrennstoff weiterverarbeitet wird.
Konditionierung des Abfalls/EBSs
Mechanische Zerkleinerung,
Antrocknung, Zuführung an den
Vor-Vergaser. Mineralik, Steine, Glas, Metalle,
etc. werden aussortiert.
Vor-Vergaser (autotherm)
Thermische Konditionierung zu Kohlenstoff-Koks. Übertragung ohne Unterbrechung in den Haupt-Vergaser.
Haupt-Vergaser (autotherm)
Mehrstufige Vergasung zu
einem schadstoff- und
teerfreien heizwertreichen
Brenngas. Austrag der
Reststoffe (eluatfreie
Schlacke).
Gasbehandlung
Abkühlung und Feinfilterung des Brenngases. ► Nutzung der Abwärme für die autotherme Prozessführung
Reststoffverwertung
Die ausgetragenen verdichteten Reststoffe (herausgelöste (verglaste) Schlacken) werden separiert und von einem spezialisierten Unternehmen weiterverarbeitet.
STROMERZEUGUNG mit BHKW-Gasmotor
Das durch den Duplex TEC-Prozess® erzeugte teerfreie Brenngas wird Gasmotoren zugeführt und dient als Energieträger zum Antrieb des Motors zur Stromgewinnung.
Vorteile des Duplex TEC-Process®
| Ökologisch | Ökonomisch |
|---|---|
|
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Hohe Verfügbarkeit durch modulare und redundante Bauweise
Effiziente Anlagen für Ihren Bedarf
Wir realiseren Leistungen von 9 – 109 MWh/h
Die Aggregate der Abfallvergasungsanlagen sind abhängig von der Größe des Duplex TEC-Process® Systems und mindestens zweifach redundant ausgelegt.
Vorteile unserer Waste Gasifikations Lines (WGL):
- Die TCP-Technologie ist grundlastfähig – (Stromeinspeisung 24h zur Netzstabilität)
- Modulare Anlagenkonfiguration je nach Abfallaufkommen und Zusammensetzung
- Hocheffizientes Verfahren im Bereich „Waste to Energy“
- Kontinuierlich hohe Durchsätze von ca. 3,3 t/h inkl. 10 Ma% H2O (pro thermischer Linie)
- Geschlossene mehrstufige Verfahrenslösung mit Prozesskopplung von Vorvergaser und Hauptvergaser im thermischen Bereich
- Verwendung von Sauerstoff angereicherten Vergasungsmittel für gleichbleibende hohe Stoffumsetzung
- Direkte Verstromung in modifizierten hocheffizienten Gasmotoren mit hohen Elektrischen Wirkungsgraden (Kaltgaswirkungsgrad >88%; Wirkungsgrad der Gasmotoren >50 %)
- Grundlastfähigkeit der Stromlieferung
- Insellösung und Schwarzstartfähigkeit
- Patentierte und Schutzrechtlich gesicherte Technology
- Erprobung im 1:1 Maßstab (ohne Skalierungsrisiko)
- Geringe Stromgestehungskosten
- CO2 neutrale Bilanz (Substitution)
- Erfüllung aller geltenden Vorschriften und Richtlinien (Germany & European Union)
- WGL BESTE DEUTSCHE TECHNOLOGIE® – mit TÜV Gutachten
Reststoffkonditionierung
Aufbereitung des angelieferten Abfalls
Sortierung, Konditionierung, Trocknung
Voll- oder teilautomatisiert
Beispiele möglicher Anlagengrößen und deren wesentliche Kenndaten:
(Daten gelten für einen durchschnittlichen Heizwert des aufbereiteten Abfalls von ca. 20 MJ/kg)
| Brenngas-System | Anzahl der Brenngas-Linien | Durchsatzleistung ca. [t/a]* |
Generatorleistung ca. [MWh/h]** |
|---|---|---|---|
| WGL® 1 – 25 | 1 | 25.000 | 8,9 |
| WGL® 2 – 50 | 2 | 50.000 | 17,8 |
| WGL® 4 – 100 | 4 | 100.000 | 35,6 |
| WGL® 8 – 200 | 8 | 200.000 | 71,2 |
| WGL® 12 – 300 | 12 | 300.000 | 106,7 |
(circa Angaben in Abhängigkeit der Abfallzusammensetzung)
*) Mögliche Gesamtmenge des Durchsatzes von aufbereitetem und getrocknetem Abfall aller WGL®– Linien in einer Abfallvergasungsanlage
**) Mögliche Gesamtleistung (Netzeinspeisung) aller installierten Generatoren eines Systems
Funktionsweise der Stromerzeugungsanlage
Der Abgasstrom der Gasmotoren wird durch einen Abhitzekessel (Wärmetauscher) geleitet. Die nutzbare Restwärme kann dem Trocknungsprozess der angelieferten Abfälle zugeführt werden.
Den Motoren nachgeschaltet sind sogenannte ORC Einheiten, die nach dem Prinzip des Organic Rankine Cycle, einem geschlossenen Prozesskreislauf, die Abwärme der Gasmotoren zur zusätzlichen Stromerzeugung nutzen. Hierbei wird das Arbeitsmedium unter Ausnutzung der Abwärme verdampft, welches einen geringeren Siedepunkt als beispielsweise Wasser zum Erreichen der Dampfphase aufweist. Der so entstehende Dampf treibt kleine mit Generatoren ausgerüstete Turbinen an – der generierte Strom steht nun den internen Verbrauchern bzw. zur Netzeinspeisung zur Verfügung. Im Anschluss kondensiert das Arbeitsmedium wieder, wodurch der Kreislauf aus flüssiger und dampfförmiger Phase geschlossen wird.
Hohe Verfügbarkeit durch modulare und redundante Bauweise
Profit – Rentabilitätsbetrachtungen
Der Durchschnittspreis für Strom in deutschen Haushalten steigt (siehe Grafik). Zudem steht unsere Gesellschaft mit dem Klimawandel und der damit notwendigen Energiewende, vor weiteren allgemeinen und finanziellen Herausforderungen. Beiden Problemen begegnen wir mit dem Duplex TEC-Process® unserer UpCyclingKraftwerke für den besten Profit.
Entwicklung des deutschen Haushaltsstrompreises
Quelle: Monitoringberichte der BNetzA 2010 – 2022
Kurz zusammengefasst:
- Brenngaserzeugung aus nicht recycelbaren Abfällen in einem vollständig geschlossenem emissionsfreien Umwandlungs-System (TEC-Process).
- Neuste technische Generation zur hocheffizienten autothermen Abfallbehandlung und Transformation in Energie.
- Erzeugung von 2,7 MW elektrischen Strom aus einer Tonne hochkalorischer Reststoffe. (Energiegehalt der Ausgangsmaterialien im Schnitt ca. 22,8 MJ/kg.)
- Ein Jahrzehnt Forschung und Entwicklung in einer Pilot- und Vorserienanlage.
- Zertifiziert und genehmigt als industriell nutzbare Serienanlage.
Marktwirtschaftliche Betrachtung
Annahme von Reststoffen
Kalkulation pro Tonne Ausgangsmaterial
Realpreis, z. B. Kunststoffabfälle 350 €/t.
Amortisationszeit
Substitution von CO2
pro Tonne (staatliche Garantien, ca. Mindestpreis ab 2025)
Vergleich Brennwerte
Die Stoffe mit dem höchsten Brennwert (in MJ/kg) sind u.a.:
Erdgas
Autoreifen
Styropor/Styrodur
Plastik/
Verpackungsmüll
Gummi/Leder
Textilien
Ein UpCyclingKraftwerk WGL 2-50 erzeugt Strom für eine Kleinstadt mit über 20.000 Einwohnern*.
* dieser Wert wurde theoretisch errechnet
Vergleich Investitionskosten
Energiewerk in Brand (WGL 2-50)
ca. 350.000 €/GWh
Eine Offshore-Anlage mit 8 – 9 Windrädern
ca. 700.000 €/GWh
Nur 50% Investitionskosten im Vergleich zum Offshore Windpark
Vergleich Stromgestehungskosten
Stand 2020
„Der Bau, Betrieb und die Wartung von Offshore-Windkraftanlagen sind mit schädlichen Auswirkungen auf Meeressäuger, Vögel, Fische und die Lebensgemeinschaften am Meeresboden (Benthos) verbunden.“
– NABU
