Biomass steam processing (BSP)

Die langfristig gesetzten Ziele zur Minderung der CO2-Emission haben in den letzten Jahren dazu geführt, dass vermehrt erneuerbare Energieträger zur Deckung des Primärenergiebedarfs eingesetzt werden. Mit über 60 % stellt Biomasse den größten Anteil der regenerativen Energieträger dar, weswegen die effiziente und nachhaltige Nutzung vorhandener Biomassen hohe Priorität hat. Vermehrt in den Fokus rücken dabei auch Abfallbiomassen, wie zum Beispiel pflanzliche Haushaltsreststoffe ('Biotonne'), Rückstände aus Fermentationsverfahren oder Klärschlamm. Das BSP-Verfahren ist für diese Stoffströme einsetzbar ebenso wie auch für klassische Biomassen (Holz, Stroh etc.). Das BSP-Verfahren kombiniert vorteilhafte Elemente der langsamen Pyrolyse und der hydrothermalen Karbonisierung (HTC) bei moderateren und verfahrenstechnisch einfach zu realisierenden Prozessparametern. Die Biomasse wird in überhitzter Dampfatmosphäre drucklos bei Temperaturen von etwa 350 °C und kurzen Reaktionszeiten zwischen 30 und 150 min behandelt. Die daraus resultierenden trockenen Biokohlen haben im Vergleich zu durchschnittlichen HTC-Produkten ähnliche elementare Zusammensetzungen und Brennwerte. In der vorliegenden Arbeit wurden Experimente in einem Technikumsreaktor mit maximalen Durchsatz von 0,5 kg/h durchgeführt und diese Erkenntnisse zur Planung und Umsetzung einer vergrößerten Pilotanlage mit bis zu 50 kg/h Durchsatz verwendet.

Angesichts der knapper werdenden fossilen Ressourcen und des fortschreitendenKlimawandels steigt das Interesse an Energieträgern aus Biomassen. DerEinsatz von Klärschlamm oder kohlehydratbasierten biogenen Reststoffen, wieStroh, Holzresten und -abfällen, Grasschnitt, vegetabilen Abfällen, Gärrestenals Energieträger anstelle von sogenannten 'Energiepflanzen' vermeidet dieKonkurrenz zu Nahrungsmitteln. Biomasse weist einen hohen Anteil an chemischgebundenem Wasser, sowie häufig einen hohen Feuchtegehalt auf. Darausresultiert ein niedriger massebezogener Energiegehalt.Um die Energiedichte von Biomasse zu erhöhen, sind verschiedene Verfahrenverfügbar. Abhängig von Parametern wie Temperatur, Druck, Reaktionszeit undBiomasseanteil lassen sich dabei feste, flüssige oder gasförmige kohlenstoffhaltigeStoffe gewinnen. Generell gilt: Mit steigender Schärfe der Reaktionsbedingungen,vor allem Temperatur und Reaktionszeit, nimmt die Tendenz zur Bildunggasförmiger Produkte zu und es entstehen kleinere organische Moleküle.Kohlenstoff stellt einen vielfältig einsetzbaren effektiven Energiespeicher dar.Verfahren zur Konditionierung von Biomasse, die auf Kohlenstoff als Feststoffabzielen, treffen daher auf wachsendes Interesse. Bei der Karbonisierung wirdder Kohlenstoffanteil der Einsatzbiomassen durch thermische Behandlungin Inertgasatmosphäre (Pyrolyse) oder mit Hilfsstoffen wie heißem, flüssigemWasser unter Druck (HTC) als feste Kohle gewonnen. Sowohl Pyrolyse als auchHTC erfordern vergleichsweise lange Reaktionszeiten, um in den Produktenhohe Kohlenstoffanteile zu erreichen. So wird bei der Pyrolyse die Biomassefür Stunden bis Tage auf rund 450 °C gehalten. Bei der HTC sind mit etwa achtbis 24 Stunden bei 180 °C bis 240 °C kürzere Reaktionszeiten zu realisierenund die Reaktionstemperaturen niedriger. Der verfahrenstechnische Aufwandbei der HTC ist allerdings durch das flüssige, heterogene Reaktionsmedium undden anzuwendenden Druck erheblich höher. Zudem wirkt das Reaktionsmediumdurch die in der Biomasse enthaltenen Salze und organische Säuren, die imProzess gebildet werden, unter den Reaktionsbedingungen der HTC korrosiv,was hohe Anforderungen an das Material der Reaktoren stellt. Vorteilhaft beider HTC ist die Möglichkeit, feuchte Biomasse einzusetzen. Dabei lassen sich
äußerst variable Strukturen erreichen.

Weitere Autoren: Leonhard Walz, Johannes Steinbrück



Copyright: © Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Universität Rostock
Quelle: 9. Rostocker Bioenergieforum (Juni 2015)
Seiten: 9
Preis: € 4,50
Autor: Prof. Dr.-Ing. Henning Bockhorn
 
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