Druckluft aus Erdgas statt Strom

Vor rund fünf Jahren hat die Firma „altAIRnative“ begonnen, „einen der ineffizientesten Umwandlungsprozesse in der Industrie“ zu verbessern und ihn damit auch nachhaltiger und kostengünstiger zu gestalten. Die Firma entwickelt und produziert Druckluftheizkraftwerke (DHKW) − diese erzeugen im Gegensatz zu einem klassischen Blockheizkraftwerk keinen Strom, sondern Druckluft. Damit können Unternehmen nicht nur die Kosten, sondern auch die CO2-Emissionen um bis zu 50 % senken. Mittlerweile laufen mehr als 20 DHKW-Anlagen bundesweit. Sie ermöglichen Industriekunden eine kostengünstige Bereitstellung von Prozesswärme bei gleichzeitiger Erzeugung von Druckluft. Altairnativ ist eine Ausgründung des BHKW-Herstellers Enertec Kraftwerke GmbH.

Die von Altairnative entwickelten und gefertigten DHKW stehen mittlerweile in sechs Baugrößen von 26 bis 300 kW zur Verfügung. „Mit ihrer sehr kompakten Bauform können wir sie in mehreren Druckstufen und Leistungsgrößen an die jeweiligen Bedürfnisse des Kunden anpassen“, sagt Alexey Meshkov, Vertriebsingenieur von Altairnative, im Gespräch mit der Redaktion.
In Druckluftheizkraftwerken sind Lambda-1-Motoren verbaut

In den Druckluftheizkraftwerken sind Lambda-1-Motoren eingesetzt. Bei einem solchen Motor verbrennt der Treibstoff stöchiometrisch, also theoretisch so, dass alle Brennstoffmoleküle vollständig mit dem Luftsauerstoff reagieren können. Hingegen verbrennen Magermotoren den Treibstoff mit Luftüberschuss. Sie haben dadurch zwar einen besseren mechanischen Wirkungsgrad, den man sich aber mit einer höheren Methanemission erkauft. Die Lambda-1-Verbrennung ermöglicht zudem hohe Abgastemperaturen von mehr als 600 Grad Celius, die sich optimal zur Auskopplung der Abgaswärme eignen.

„Die Lambda-1-Motoren sind außerdem weniger anfällig und haben daher geringere Wartungskosten. Das Wartungsintervall liegt bei rund 4.000 Stunden“, erklärt Meshkov. Die Motoren stammen von Herstellern wie Mamotec, MAN, WJ Power oder Toyota. Sie werden immer mit einem Drei-Wege-Katalysator verbaut. Damit halten die Anlagen die Emissionsgrenzwerte der 44. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (BImSchV) ein; eine weitere Nachbehandlung mit SCR-Katalysator ist nicht notwendig. Das reduziert die Betriebskosten.

Auch können die Motoren mit den unterschiedlichsten Gasen betrieben werden. „Unsere Technik funktioniert mit allen möglichen Gasen − von Erdgas über Biogas bis hin zu Klärgas oder auch Wasserstoff“, sagt der Vertriebsingenieur. „Wir haben auch bereits mit den verschiedenen Gasen Erfahrungen gesammelt.“ Die standardverbauten Erdgasmotoren ließen beispielsweise eine Wasserstoffbeimischung von bis zu 30 Volumenprozent ohne Weiteres zu.

Bei den Anlagen wird der Gasmotor mit einem direkt angetriebenen Verdichterelement verbunden. Bei der Verdichtung wird fast die gesamte mechanische Leistung in Wärme umgewandelt. Zudem wird die Wärme aus der Motorkühlung und aus dem Abgas nahezu komplett genutzt. Im Vergleich zur getrennten Erzeugung von Druckluft und Wärme reduzieren sich laut Hersteller die CO2-Emissionen um rund 50 %. Mit einem Brennwertwärmetauscher und einem wassergekühlten Druckluftkühler lässt sich der thermische Gesamtwirkungsgrad nochmals steigern; die Wärmetauscher gewinnen auch die Kondensationswärme aus dem Abgas zurück und bringen sie in den Wärmekreislauf ein.

Die modular aufgebauten Anlagen − sie können auch im Container aufgestellt werden − lassen sich laut Altairnative gut in bestehende Heiz- und Druckluftanlagen einbinden. Die DHKW können Druckluft in vier Stufen bereitstellen: 7, 8,5, 10 oder 13 bar. Die Druckluftliefermenge lässt sich von 50 bis 100 % regeln.
Die Druckluftheizkraftwerke erzielen im Standardfall Vor- und Rücklauftemperaturen von 90 beziehungsweise 75 Grad Celsius. Es sind aber auch bis zu 108 Grad Celsius im Vorlauf möglich. „Dieses Temperaturniveau kann optimal für Industrieanwendungen genutzt werden. Auch für eine Kombination mit Sorptionskältemaschinen eignen sich unsere Anlagen sehr gut“, erläutert Meshkov.

Momentan stehen alle bislang verkauften Anlagen in Deutschland. Man wolle jedoch auch ins Ausland gehen, hier erstmals etwa nach Russland. Anwendungsgebiete finden sich vor allem beim produzierenden und verarbeitenden Gewerbe. Hierzu zählt die kunststoffverarbeitende Industrie. Auch in der Lebensmittelindustrie, zum Beispiel in Brauereien, Molkereien oder in Schlachthöfen, sei die Anlage aufgrund des gleichzeitigen Bedarfs an Druckluft und Wärme beziehungsweise Kälte ideal.

Die Amortisation einer DHKW-Anlage variiert. Jedoch würden die Zeiten häufig bei weniger als 2,5 Jahren liegen. Zudem können die Anlagen etwa über die Bundesförderung für Energieeffizienz in der Wirtschaft (Modul 4) gefördert werden. Ein DHKW hat einen hohen thermischen Wirkungsgrad von fast 90 % und entspreche damit einer modernen Heizungsanlage. „Von den Gestehungskosten aus gesehen heißt das, dass die eigentlich teure Druckluft zum Nulltarif bereitgestellt wird“, resümiert Meshkov.

Baureihe ölverdichteter* Druckluftheizkraftwerke

technische Daten	Föhn	Jet+	Orkan	Hurrikan	Taifun	Tornado
DL-Liefermenge, m3/min	4,1	8,6	10,5	19,5	28,9	48,4
mechanische Leistung in kW	26	56	64	120	170	300
thermische Leistung in kW	71	127	155	279	399	686

Quelle: altAIRnative GmbH
* Die Baugrößen ab der Baureihe Orkan sind auch als ölfreie Varianten lieferbar.