Eine extern befeuerte Mikrogasturbine (englisch Externally Fired Gas Turbine, kurz EFGT) wird nicht mit Brenngas betrieben, sondern mit heißer, sauberer Luft. Die Wärme dafür entsteht außerhalb der Turbine, etwa bei der Oxidation von Pyrolysegas oder in einem Industrieofen, und wird über einen Hochtemperatur-Wärmetauscher auf die verdichtete Luft übertragen. Weil sie extern befeuert ist, kommt die Turbine mit dem Rauchgas nie in Berührung.

Auf diesem Prinzip bauen das Pyro-ClinX-System und die ClinX Heat auf. In diesem Beitrag erklären wir, wie die Technik funktioniert, welche Vorteile und Grenzen sie hat und wann sie sich lohnt.

Das Prinzip: Wärme von außen, Luft als Arbeitsmedium

Eine klassische Gasturbine verbrennt Gas in einer Brennkammer direkt vor dem Turbinenrad. Die heißen Verbrennungsgase treiben die Turbine an. Das funktioniert nur mit sauberem, gleichmäßigem Brenngas wie Erdgas.

Die extern befeuerte Mikrogasturbine trennt Wärmequelle und Turbine voneinander:

1. 1. Verdichten: Das Verdichterrad saugt Umgebungsluft an und bringt sie auf Druck.
2. 2. Erhitzen: Die verdichtete Luft strömt durch einen Hochtemperatur-Wärmetauscher und nimmt dort die Wärme des Rauchgases auf. Luft und Rauchgas bleiben dabei getrennt.
3. 3. Entspannen: Die heiße Luft entspannt über das Turbinenrad. Über die Welle treibt die Turbine den Generator an, es entsteht Strom.
4. 4. Wärme nutzen: Die noch warme Abluft wird weiter genutzt, etwa als vorgewärmte Verbrennungsluft (Rekuperation) oder über einen Economizer als Nutzwärme.

Thermodynamisch ist das ein offener Joule-Prozess, bei dem die Wärme nicht im Inneren, sondern über eine Wand hinweg zugeführt wird.

Warum extern befeuern?

Der Umweg über den Wärmetauscher hat einen klaren Grund: Die Turbine sieht nur saubere Luft. Daraus ergeben sich mehrere Vorteile.

• Schwierige Wärmequellen werden nutzbar: Pyrolysegas enthält Teere und Partikel, industrielle Abgase oft Staub und korrosive Bestandteile. Für Motoren und direkt befeuerte Turbinen müsste man diese Gase aufwendig reinigen. Bei der extern befeuerten Turbine ist das nicht nötig.
• Wenig Verschleiß: Ohne Kontakt mit Rauchgas gibt es keine Ablagerungen und keine Korrosion an Verdichter und Turbinenrad.
• Kein Öl: Unsere Mikrogasturbinen laufen auf Luftlagern. Schmieröl, Ölwechsel und ölbedingte Ausfälle entfallen.
• Brennstoffflexibel: Die Turbine bemerkt nicht, woher die Wärme kommt. Holzreste, andere Reststoffe oder Abwärme aus einem Industrieprozess sind möglich, solange die Temperatur passt.

Wo die Grenzen liegen

Die Lufttemperatur vor der Turbine kann nicht höher sein als das, was der Wärmetauscher dauerhaft aushält. Bei metallischen Wärmetauschern liegt diese Grenze deutlich unter den Eintrittstemperaturen moderner, direkt befeuerter Gasturbinen. Deshalb ist der elektrische Wirkungsgrad geringer.

Wirtschaftlich wird die Technik vor allem dann, wenn auch die Wärme genutzt wird. Bei der ClinX Heat liegt der elektrische Wirkungsgrad brutto bei 19,9 %, zusammen mit der ausgekoppelten Wärme erreicht die Anlage einen Gesamtwirkungsgrad von 72 %. Mikrogasturbinen decken einen Leistungsbereich bis etwa 250 kW elektrisch ab. Für größere Leistungen werden mehrere Module kombiniert.

Wo die Technik eingesetzt wird

Pyrolyse mit Kraft-Wärme-Kopplung: Im Pyro-ClinX-System entsteht aus Holzhackschnitzeln Pyrolysegas und Pflanzenkohle. Das Gas oxidiert flammlos im FLOX-Brennraum, die Wärme treibt über den Wärmetauscher die Turbine an. So entstehen Strom, Wärme und Pflanzenkohle in einer Anlage. Mehr dazu auf der Seite Pyro-ClinX.

Abwärme verstromen: Die ClinX Heat nutzt Abgase mit 900 bis 1.000 °C aus Öfen und Hochtemperaturprozessen, zum Beispiel in der Glas-, Keramik- oder Metallindustrie, und macht daraus Strom und Nutzwärme, ohne zusätzlichen Brennstoff. Mehr dazu auf der Seite ClinX Heat.

Häufige Fragen

Was ist der Unterschied zwischen einer extern und einer direkt befeuerten Gasturbine?

Bei der direkt befeuerten Gasturbine strömen die Verbrennungsgase durch die Turbine. Bei der extern befeuerten Turbine wird die Wärme über einen Wärmetauscher auf saubere Luft übertragen, nur diese Luft strömt durch die Turbine.

Welche Brennstoffe eignen sich?

Grundsätzlich jede Wärmequelle, die genug Temperatur liefert: Pyrolysegas aus Holzresten, andere biogene Reststoffe oder heiße Abgase aus Industrieprozessen. Ob eine Quelle passt, prüfen wir anhand von Temperatur, Leistung und Staubgehalt.

Braucht die Turbine eine Gasreinigung?

Nein. Weil die Turbine mit dem Gas nicht in Kontakt kommt, entfällt die Gasreinigung, die bei Motoren oder direkt befeuerten Turbinen nötig wäre.

Wie viel Wartung braucht eine extern befeuerte Mikrogasturbine?

Durch saubere Luft und ölfreie Luftlager ist der Wartungsaufwand gering. Die Anlagen laufen vollautomatisch und werden aus der Ferne überwacht.