Kueppers Solutions hat gemeinsam mit dem Institut für Technische Verbrennung an der RWTH Aachen, dem Gas- und Wärme-Institut in Essen, dem Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik der Ruhr-Universität Bochum und dem Lehrstuhl für „Digital Additive Production DAP“ der RWTH Aachen eine neue Mischeinheit für Gasbrenner entwickelt. Die innovative Geometrie der im 3D-Druck hergestellten Mischeinheit erzeugt ein genau dosiertes Gas-Luft-Gemisch, dass besser verbrennt und den Ausstoß von Stickoxiden verringert.

Wir haben in Versuchen mit dem Gas- und Wärme-Institut in Essen nachgewiesen, dass wir mit unserer Mischeinheit Brenner bauen können, die mit 30 mg/Nm3 den aktuell geltenden Grenzwert um mehr als Faktor 10 unterschreiten. Wir erreichen diese Werte ohne Sekundärmaßnahmen, wie z. B. der in der Automobilindustrie üblichen Eindüsung von Harnstoff ins Abgas, bekannt unter Ad Blue, SCR oder SNCR. Sekundärmaßnahmen reinigen das Abgas von Stickoxiden, kosten aber immer zusätzliche Ressourcen. Wir sorgen dafür, dass Stickoxide gar nicht erst entstehen.

Besonders positiv wirkt sich dieser Effekt bei Thermoprozessanlagen mit hohen Abgastemperaturen aus: Hier wird die Verbrennungsluft durch Wärmetauscher mit der Energie des Abgases vorgewärmt. Dadurch lässt sich der Energieverbrauch solcher Anlagen deutlich reduzieren. Allerdings steigen durch die Verbrennungsluftvorwärmung die Stickoxide stark an. Daher wird häufig die Energie des Abgases nicht oder nur unzureichend genutzt, obwohl mit dieser Maßnahme die Effizienz der Anlage deutlich verbessert werden könnte.

Erste Referenzanlagen haben wir Anfang 2019 in Betrieb genommen. Allerdings ist der weltweite Gasmarkt zu groß, um von uns alleine erschlossen zu werden. Daher haben wir für die Markterschließung Kooperationspartner gewinnen können: Seit Anfang 2019 kooperieren wir mit der Gelsenwasser AG und den Stadtwerken Bochum, beides regionale Gas-Versorger. Gemeinsames Ziel ist es, die neuentwickelte Mischeinheit als Zulieferbauteil auch an andere Brennerhersteller zu liefern.

So kann die Technologie schneller und flächendeckend zum Einsatz kommen.
Unsere Vision: Wir werden ein Zulieferunternehmen, vergleichbar mit den Herstellern von Einspritzanlagen in der Automobilindustrie. Mischeinheiten für gasförmige Brennstoffe kaufen namhafte Hersteller bei uns. Denn wenn der Stickoxidausstoß der Industrie signifikant gesenkt werden soll, müssen Tausende von Industriebrennern umgerüstet werden.

Im Bereich der Industriebrenner haben sich bestimmte Abmessungen und Baugrößen herstellerübergreifend durchgesetzt. Vergleichbar mit dem Ersatz einer Glühbirne durch eine Energiesparlampe könnten daher viele Brenner an vorhandenen Anlagen getauscht werden, ohne dass die Gesamtanlage erneuert werden muss. Da Thermoprozessanlagen 30 bis 50 Jahre genutzt werden, ist diese Möglichkeit besonders wichtig.

In der nebenstehenden Tabelle sind die bisher erreichten Abgaswerte in Abhängigkeit zur mittleren Ofenraumtemperatur (T_Mittel) abgebildet. Mit steigender Ofenraumtemperatur steigen auch die Stickoxide an, da die Bildung von Stickoxiden bei der Erdgasverbrennung vor allem von der Prozess-Temperatur abhängig ist. Viele Thermoprozessanlagen werden in einem Temperaturfenster zwischen 800 und 1200°C betrieben. In der Regel gilt für diese Anlagen ein Stickoxid-Grenzwert von 350 mg/Nm3 (Milligramm pro Norm-Kubikmeter) bezogen auf 3 % Sauerstoff im Abgas.

Ob noch eine weitere Verbesserung der Abgaswerte möglich ist untersuchen wir zur Zeit intensiv. Die nebenstehende Tabelle zeigt den Stand, den wir heute mit unseren Mischeinheiten erreichen.