In der Automobilbranche ist es ein Standardvorgehen: Der Lambdawert (-Wert) ist entscheidend für die Qualität der Verbrennung und gibt Auskunft über die Kraftstoffsättigung. Ist die Verbrennung im Motor übersättigt, entstehen erhöhte CO- und NOx-Werte. Durch die sogenannte Lambdaregelung mittels Lambdasonde können der Lambda- und damit auch der CO-Wert optimal eingestellt werden. Allerdings sind die NOx-Emissionen gerade bei Dieselautos im optimalen Lambdabereich sehr hoch, sodass zusätzlich eine katalytische Stickoxidminderung notwendig wird.
Energetische Nutzung von biogenen Rest- und Abfallstoffen
Wie kann verschiedenste Biomasse emissionsarm in Wärme oder elektrische Energie überführt werden? Diese Frage stand am Anfang des Verbundprojektes unter der Koordination des deutschen Biomasseforschungszentrums (DBFZ). Die Anforderungen waren vielfältig. So sollte das Verfahren vorrangig an dezentralen, mit biogenen Rest- und Abfallstoffen betriebenen Feuerungsanlagen im kleinen bis mittleren Leistungsbereich bis 5 MWth (Megawatt thermisch) wirtschaftlich eingesetzt werden können. Ziel war ein kostengünstiges Verfahren zur kombinierten Reduktion von Feinstaub, Stickoxiden, HCl und SO2 sowie Dioxinen und Furanen zu entwickeln und zu erproben. Um die Projektziele überprüfen zu können, hat die A.P. Bioenergietechnik GmbH verschiedene Feldmessungen zur Verfahrensvalidierung durchgeführt. Aber was umfassen diese Messungen konkret?
Entwicklung eines Smart-Connected-Sensors für die Prozessindustrie
In einem ersten Schritt wurden die Messeinrichtungen installiert, um Verbrennungsversuche durchführen zu können. Dazu zählen vielfältige Messungen und die Nachverfolgung der definierten Entwicklungsziele im Rahmen des Projekts. Umfangreiche Messeinrichtungen wurden dazu genutzt, um die Ergebnisse anschließend zu analysieren und zu speichern. Konnte die definierte NOx-Reduzierung erreicht werden? Wie steht es um die Emissionsminderungen? Diese und viele weitere Fragen standen im Mittelpunkt der Testphase. Der entscheidende Aspekt: die optimierte Verbrennung von wechselnden Brennstoffen. Bekannt sind meistens drei Sonden: die Lambdasonde, Temperatursonde und die Drucksonde. Aber auch der Stickoxid- bzw. NOx-Wert ist entscheidend für die Qualität der Verbrennung z. B. auch in der Automobilbranche. Wir übertragen den Wert nun auf die Feststoffverbrennung. Das ist eine Innovation, bei der auch das Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF mit der Entwicklung dieses NOx- Messsystems beteiligt ist“, so Uli Dobler, Vertrieb und Marketing bei der A.P. Bioenergietechnik. Die Signale, die die Sonde übermittelt, müssen im Anschluss sinnvoll zu Informationen verarbeitet werden. Das bedeutet: Die richtigen Daten müssen herausgefiltert und in einer bestimmten Logik aufbereitet werden. Anschließend können die Daten z. B. in der Wago Cloud abgespeichert werden. Die Sensoren sind smart und verfügen über eine Kommunikationsschnittstelle. Und hier kommen die Wago Reihenklemmen Topjob S mit Hebel ins Spiel: Sie fungieren als Schnittstelle zu den Messdaten. Die Reihenklemmen sind in Smart-Connected-Sensoren für die Prozessindustrie verbaut. Kurz zusammengefasst: ein Stickoxid- und Sauerstoffsonden-Messsystem für Verbrennungsanlagen. Und was zeichnet die Sonden sonst noch aus? Sie verfügen über Adapterkabel, worüber bei dem Messsystem vor Ort zwei Sensoren angeschlossen werden. Die Reihenklemmen koppeln die Sonden mit dem Wago Controller PFC200 zur intelligenten Weiterverarbeitung der Signale. Die Visualisierung und Bedienung der Sensoren erfolgt über das Wago Web Panel und über die Wago App auf mobilen Endgeräten. „Für den einfachen und schnellen Anschluss der NOx-Sonden und der Spannungsversorgung werden die Reihenklemmen Topjob S mit Hebel und Drücker installiert, sodass man zur Installation des NOx-Messsystems kein Spezialwerkzeug benötigt. Die Klemmen und die Geräte werden ganz einfach mit dem Wago Smart Printer beschriftet“, so Dobler. Gerade vor dem Hintergrund des An- und Abklemmens bieten die Reihenklemmen mit Hebel die Vorteile einer einfachen werkzeuglosen Verarbeitung.
Nachhaltige Prozessindustrie
Das Forschungsprojekt SCRCOAT bietet auch hinsichtlich schärferer NOx-Vorgaben einen wichtigen Lösungsansatz und nächste Schritte für eine smarte Prozessindustrie 4.0. Das zunehmende Umweltbewusstsein und die Kenntnis über die endlichen Reserven von fossilen Energieträgern sorgt für ein Umdenken bei den Verantwortlichen der Industrie und der öffentlichen Hand, wie auch den Betreibern größerer Gebäudekomplexe – ein erster Schritt in Richtung nachhaltige Prozessindustrie 4.0.