Mischeinheit verbrennt Erdgas besonders emissionsarm

Eine Gas-Luft-Mischeinheit - hergestellt im additiven Verfahren - verspricht bei Brennern eine Reduktion des Stickoxid-Wertes um den Faktor zehn unter den maximal erlaubten Grenzwert. Und das ganz ohne weitere katalytische Reduktionen in dem Verbrennungsprozess. So funktioniert das Bauteil.

Die physische Grundlage der Verbrennung besagt: Je sauberer die Verbrennung zweier Gase, desto weniger Fremdrückstände gibt es. Genau hier setzt Kueppers Solutions in Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen an. Das Unternehmen aus Gelsenkirchen entwickelt einen Gas-Luft-Mischer, der dafür sorgt, dass im Vergleich zu normalen Verbrennern fast keine NOx-Rückstände auftreten. Durch eine spezielle Einspeisung der zu verbrennenden Gase entsteht ein sauberer Luftstrom, der zum einen unter größter Effizienz brennt und zum anderen im Ofen für eine gleichmäßige Erwärmung sorgt.

Das Bauteil vermischt in erster Linie das Brenngas und Sauerstoff in einem Sternmuster, welches die Gase auf größtmöglichem Raum gleichmäßig verteilt. Eine zusätzliche, angewinkelte Metallscheibe verwirbelt das Gemisch zusätzlich, um einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen.

Zusätzlich nutzt das System Verbrennungsluft, die im Vorfeld durch einen Wärmetauscher mit dem Abgas vorgewärmt werden kann. Dadurch steigt der Gesamtwirkungsgrad, jedoch werden mehr Stickoxide ausgestoßen.

Das im Lasersinter-Verfahren hergestellte Bauteil wurde zwischen 2017 und 2019 erforscht. Ein erster Prototyp bestand aus hunderten Einzeldüsen, die die Gase gleichmäßig verteilen sollten. Der Gasmischer erreichte bereits eine gute Leistung. Vor allem die Komplexität des Bauteils sorgte dafür, dass neue Iterationen entwickelt wurden.

Ende 2018 wurde das finale Design produziert, wieder im 3D-Drucker. Die Brennleistung, die über dieses Bauteil erreicht werden kann, liegt bei bis zu 150 Kilowatt. Von einzelnen Düsen wurde das Design auf eine Vielzahl von Kanälen verändert, dadurch sinkt die Gesamtoberfläche und des Bauteils und der Druckvorgang ist schneller und einfacher.

Die Mischeinheit lässt sich durch die geringe Größe in den meisten selektiven Industrie-Laserdruckern produzieren, wichtige Faktoren sind hier Fertigungsgenauigkeit und Materialfestigkeit des verwendeten Metallpulvers.

Seit Anfang 2019 baut Kueppers Referenzanlagen und konnte mit Gelsenwasser und den Stadtwerken Bochum zwei große Partner im Ruhrgebiet akquirieren, die die Technik selbst nutzen und in Zukunft vertreiben wollen. Der Bedarf ist vorhanden - und das nicht nur in dem Industriesektor. Großbäckereien, Erdgasheizungen und Blockheizkraftwerke sind nur einige Beispiele, bei dem eine ähnliche Mischeinheit für Vorteile sorgen könnte.

Durch die Standardisierung der Gasbrenner in Industrieanlagen besteht außerdem die Möglichkeit, die Technik einfach nachzurüsten. Aber: Auch ohne gleichbleibende Maße ließe sich mit wenigen Iterationen ein Gasmischer entwickeln, der für spezielle Anforderungen gerüstet ist. Die Modernisierung lohnt sich nicht nur aus Gesichtspunkten der Umweltbilanz, sondern auch der Fertigungsqualität und -effizienz. Immerhin ist ein Katalysator zur weiteren Abgasreinigung nicht mehr zwingend nötig.

Kueppers Solutions gewann mit der Mischeinheit im Juni den Preis "Top Innovator 2019", der von Wissenschaftsjournalist Ranga Yogeshwar übergeben wurde. Die emissionsarme Verbrennung überzeugte die Jury, sodass Kueppers nun zu den 100 innovativsten Firmen in Deutschland gehört.

Mit dem RooN-SI-Brenner bietet Kueppers Solutions die Mischeinheit in einem komplett fertig konstruierten Brenner an, der alle positiven Eigenschaften des 3D-gedruckten Mischers besitzt: niedrige Stickoxid-Werte, Kompatibilität zu bestehenden Brenner-Systemen, flexible Nutzung bei verschiedenen Temperaturen und die Möglichkeit, mit bis auf 600 Grad vorgeheizter Verbrennungsluft zu arbeiten.