Vorgemischte Wasserstoff-Verbrennung bei hohen Rezirkulationsraten (BOY-178)

Mit voranschreitender Dekarbonisierung des Energiemarktes wird Wasserstoff in naher Zukunft zunehmend in Endanwendungen eine wichtige Rollte spielen und großflächig verfügbar sein. Mit der Wasserstoffstrategie des „European Green Deal“ hat sich die Europäische Kommission das Ziel gesetzt, dass Wasserstoff ein fester Bestandteil des integrierten Energiesystems wird.

Neben aus „grünem Wasserstoff“ erzeugten, synthetischen Kohlenwasserstoffen, ist die Verfeuerung von kohlenstofffreien chemischen Energieträgern eine attraktive Möglichkeit CO₂-Emissionen zu vermeiden.

Hier kann der Wasserstoff selbst als primärer Energieträger eingesetzt werden, jedoch sind konventionelle Brennersysteme vielfach nicht für einen Betrieb mit reinem Wasserstoff geeignet. Dementsprechend besteht ein Bedarf an Neuentwicklungen, welche für den Betrieb mit reinem Wasserstoff ausgelegt sind.

Die Brenneigenschaften von Wasserstoff unterscheiden sich im Vergleich zu konventionellen Kohlenwasserstoffen enorm. Vor allem sind hier die hohen Brenngeschwindigkeiten zu nennen, die Wasserstoffflammen aufweisen. Außerdem führen hohe Diffusionsraten im Flammenbereich zu sehr kurzen Reaktionszonen und zu thermo-diffusiven Flammeninstabilitäten.

Ziel der angestrebten Forschung ist die vorgemischte Verbrennung von Wasserstoff-Luft-Flammen, wobei durch eine intelligente Strömungsführung (Rezirkulation) eine erhöhte Flammenstabilität erzeugt wird. Außerdem soll die Reaktionszone dadurch gestreckt werden, um in technischen Applikationen, vor allem in industriellen Anwendungen, eine gleichmäßigere Wärmeübertragung durch die zugemischten Abgase zu erreichen. Im Rahmen der Untersuchungen wird ein Modellbrenner entwickelt und parametrisch hinsichtlich Vormischung, Rezirkulationsrate und Verbrennungsstufung untersucht. Aus diesen grundlagenorientieren Untersuchungen werden im Anschluss Mischungs- und Verbrennungskonzepte abgeleitet, die eine sichere vorgemischte Wasserstoff-Verbrennung und einen äquivalenten Betrieb wie mit Brennertechnologien für konventionellen Kohlenwasserstoffe erlauben. Neben der Stabilisierung und Streckung des Verbrennungsprozesses steht außerdem eine Minimierung der Stickoxid-Emissionen im Fokus.

Das Projekt (BOY-178) wird durch die Friedrich und Elisabeth Boysen Stiftung für Forschung und Innovation gefördert.