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5. Anwendung der In-situ-Infrarotspektroskopie zur Minderung von
Schadstoffemissionen
Der nachhaltige Ressourceneinsatz und die konsequente Reduktion anthropogener
CCb-Emissionen wird in den kommenden Jahrzehnten eine zunehmend wichtigere
Aufgabe für Politik und Forschung. Insbesondere durch den geplanten Ausstieg aus
der nuklearen Energieumwandlung wird die Frage nach neuen Wegen zur CC^-Ein-
sparung drängender. Unter diesen Aspekten ist die intensive energetische Nutzung
von Abfällen und die Maximierung der Konversionseffizienz fossiler Feuerungen z. B.
in modernen Erdgas-GUD-Kraftwerken, aber auch in den die Energieversorgung
noch dominierenden Kohlekraftwerken von besonderem Interesse. Für diese Aufgabe
ist eine berührungsfreie Diagnostik des Verbrennungsprozesses erforderlich, um
Verbrennungsvorgänge effektiv zu kontrollieren und zu optimieren und so eine Ver-
minderung der Schadstoffemission zu erreichen.
Mitglieder der Kommission:
die ordentlichen Mitglieder der Akademie Gerhard Fritz, Hans-Georg v. Schnering;
das korrespondierende Mitglied Peter Fromherz.
Leiter der Forschungsstelle: Prof. Dr. Jürgen Wolfrum.
Mitarbeiter: Dr. Volker Ebert, Dipl.-Phys. (1.1.00-31. 12.00).
In-situ-Absorptionsspektrometer auf Basis von Nahinfrarot-Diodenlasern bieten für
viele bisher nicht lösbare Probleme der industriellen Prozessgasdiagnostik neue, viel-
versprechende Ansätze. Aber auch für den probennahmefreien Nachweis von Spuren-
gasen in der freien Atmosphäre eröffnen Diodenlaserspektrometer vielfältige Einsatz-
felder in der Umweltanalytik oder Atmosphärenforschung. Ein Schwerpunkt der bis-
herigen Arbeiten war der empfindliche in-situ-Nachweis edukt- und produktseitiger
Majoritätsspezies wie Sauerstoff, Methan und Wasser in technischen Verbrennungs-
prozessen. Diese Messungen erfolgten aus Gründen der besseren technischen
Anwendbarkeit und des späteren Technologietransfers stets in großtechnischen An-
lagen, d. h. in Müllheizkraftwerken, Gaskraftwerken und Kohlekraftwerken bis zu
einer thermischen Leistung 1000 MW. Während diese Arbeiten parallel weitergeführt
werden, wurden im vergangen Jahr bedeutende Fortschritte bei der Bearbeitung eines
neuen Schwerpunktes gemacht, dem Nachweis atomarer Spezies mit NIR-Dioden-
laserspektroskopie und hierbei besonders dem Nachweis von Kaliumatomen unter
Hochtemperaturbedingungen. Ziel dieser Arbeiten ist einerseits die Entwicklung eines
schnellen Uberwachungssystems für Filteranlagen in zukünftigen Hochtemperatur-
Hochdruck-GUD-Kohlefeuerungssystemen. Andererseits ergeben sich mit diesem
Nachweissystem vielfältige Möglichkeiten zur Untersuchung der Heißgaschemie von
Alkaliatomen, der Freisetzung von Alkaliverbindungen bei der Kohle- und Biomasse-
verbrennung und deren Einfluss auf die Korrosion in Feuerungsanlagen.
Der Gas- und Dampf-Prozeß (GUD) wird bereits sehr erfolgreich bei der Erdgas-
verbrennung eingesetzt und erlaubt dort Wirkungsgrade von über 50 %. Da die Reser-
ven an Erdgas jedoch begrenzt sind und diese an sich sehr vorteilhafte Technik somit
keine langfristigen Alternativen bietet, wird seit Jahren mit großen Anstrengungen
versucht, den GUD-Prozess auch für andere fossile Brennstoffe, insbesondere die