Winterthurer Studierende machen in Portugal Strom aus Eukalyptus
Die Stiftung Aberta Nova betreibt in Portugal einen ökologischen Businesspark, den sie nachhaltig betreiben möchte. Dazu haben ZHAW-Studierende einen Holzvergaser entwickelt, der aus Eukalyptus thermische Energie und Strom gewinnt. Gleichzeitig entsteht auf diese Weise Platz für die Aufforstung einheimischer Pinienwälder.
Im 20. Jahrhundert wurde in Portugal flächendeckend Eukalyptus angebaut. Das schnell wachsende Holz war für die Papierherstellung gedacht. Dieser Industriezweig ist heute längst passé. Aber der Eukalyptus wuchert weiter, obwohl er in Portugal nicht heimisch ist. «Anstatt den Eukalyptus einfach zu roden, kann man ihn mithilfe eines Holzvergasers sinnvoll nutzen», so Pedro Caels, Geschäftsführer von Aberta Nova, einer südlich von Lissabon ansässigen Stiftung, die ihren Ursprung in Winterthur hat. «Wir wollen auf diese Weise einen ökologischen Businesspark mit Energie versorgen.»
Holzvergasung nutzt mehr Exergie
«Der Holzvergaser produziert Holzgas, das als Brennstoff für einen Motor genutzt wird. Dieser treibt einen Generator an, der die mechanische Energie des Motors in elektrischen Strom umwandelt», erklärt Gernot Boiger, Dozent am Institute of Computational Physics (ICP). Er leitet das Projekt gemeinsam mit Adrian Fassbind vom Zentrum für Produkt- und Prozessentwicklung (ZPP). «Eine solche Verwendung des Brennstoffs nutzt einen grösseren Anteil der Exergie», so Boiger weiter. Unter Exergie versteht man denjenigen Anteil der chemisch gebundenen Energie des Holzes, der in mechanische oder elektrische Energie umgewandelt werden kann. Zudem kann die Abwärme des Motors und der Abgase für Heizzwecke genutzt werden – in diesem Fall für ein Treibhaus.
Eukalyptus ist kein idealer Energieträger
Obwohl die Holzvergasung als Technologie bekannt ist, birgt gerade dieses Projekt laut Boiger viel Forschungspotenzial: «Der Betrieb mit Eukalyptusholz ist besonders anspruchsvoll, da dieses Holz sehr viel Wasser in der Cellulosestruktur enthält und somit nicht der ideale Energieträger ist.» Wegen dieser Umstände funktionierte der von Aberta Nova installierte Holzvergaser nicht wie erwartet. «Wir haben uns deshalb nach kompetenter Hilfe umgesehen und sind bei der ZHAW School of Engineering fündig geworden», so Pedro Caels. Gernot Boiger machte sich auf die Fehlersuche: «Wir haben im Holzvergaser einen zu hohen Druckverlust gemessen. Das Holzgas war zu heiss, aber der Reaktor zu kalt und konnte somit nicht effizient arbeiten.» Um den Holzvergaser zu überarbeiten, schrieben Boiger und Fassbind diverse studentische Arbeiten aus. Und so ist in den letzten Monaten der Holzvergaser Stück für Stück von fünf Studierenden der ZHAW School of Engineering überarbeitet worden. «Die Studierenden haben die Anlage hier in Winterthur geplant, dimensioniert sowie simuliert und sind regelmässig nach Portugal gereist, um die Apparate vor Ort zusammenzusetzen oder sogar selbst zu bauen», so Gernot Boiger.
Studierende bringen sich ein
Im Rahmen seiner Projekt- und Bachelorarbeit im Studiengang Systemtechnik hat Dominic Neeser einen Wärmetauscher berechnet, ausgelegt und konstruiert. In der Folge hat er mit Pedro Caels eine exakte Stückliste erstellt, den Einkauf gemanagt, die Anlage vor Ort aufgebaut und schliesslich in Betrieb genommen. Gleichzeitig haben sich die Maschinentechnik-Studentinnen Flurina Heuberger und Regina Haldemann in ihrer Bachelorarbeit der Simulation der Anlage angenommen. Das entstandene Computermodell stellt eine dynamische Stoff-, Massen- und Energiebilanz des vollständigen Holzvergasungssystems dar. Dies ermöglicht es vorherzusagen, welchen Einfluss bauliche Änderungen auf den Vergasungsprozess haben. Ebenfalls als Maschinentechnik-Bachelorarbeit hat Yannick Cornaz die Holzzufuhr optimiert. Er entwickelte und konstruierte ein automatisiertes und doch robustes Hackschnitzelfördersystem. Zudem hat Vincent Buff in seinem Masterstudium im Fachgebiet 'Energy and Environment' die Schalterelektronik der Anlage komplett überarbeitet.
Raum für weitere Bachelorarbeiten
«Was unsere Studierenden für dieses Projekt geleistet haben, übersteigt das normale Mass von Bachelorarbeiten bei weitem», so Gernot Boiger. «Sie können alle stolz auf sich sein und werden sicherlich im späteren Berufsleben von dieser Erfahrung profitieren.» Auch Pedro Caels von Aberta Nova zeigt sich zufrieden: «Mit diesem neuartigen Holzvergasungssystem erzeugen wir nachhaltig Strom und thermische Energie und schaffen ausserdem wieder Platz für die Aufforstung einheimischer Pinienwälder.» Der Testbetrieb läuft bislang vielversprechend, dennoch bleibt laut Boiger noch genug Raum für Verbesserungen: «Wir schreiben weitere spannende Projekt- und Bachelorarbeiten aus, so dass auch in Zukunft Winterthurer Studierende am Holzvergaser in Portugal arbeiten werden.»