Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Grobziel des Projektes ist es, modellhaft im Labor- und Pilotma\u00dfstab den Beitrag der Niedertemperaturkonvertierung (NTK) zur nachhaltigen Entsorgung mikrobieller und tierischer Biomassen unter Gewin-nung von Wertstoffen und Energie aufzuzeigen.
\nFeinziele sind: Ermittlung von Prozessparametern im Labor zur Auslegung einer NTK-Pilotanlage; analytische Charakterisierung von Substraten und NTK-Produkten unter Ber\u00fccksichtigung von Vermarktungsaspekten; Konzeption, Bau inkl. Mess- und Regeltechnik einer NTK-Pilotanlage mit interner R\u00fcckvermischung; kontinuierlicher Betrieb im Verbund mit einer Kl\u00e4ranlage; Anpassung der Verfahrenstechnik bei auftretenden Betriebsproblemen und bei spezifischen Substraten; Untersuchung des Stofftransfers von Schwermetallen und persistenten organischen Stoffen wie z.B. Polychlordibenzodioxine und -furane, Arznei- und Desinfektionsmittel, Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, Polychlorierte Biphenyle zur Prozesssicherheit und Qualit\u00e4tssicherung von NTK-Produkten im Rahmen der Vermarktung; R\u00fcckbelastung und Emissionen der Kl\u00e4ranlage durch den Betrieb der NTK. \u00d6kologische und wirtschaftliche Bewertung der NTK mittels \u00d6koeffizienzanalyse im Vergleich zur Kl\u00e4rschlamm-Mitverbrennung im Steinkohleheizkraftwerk.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methodena)\tUmsetzung verschiedener organischer Reststoffe im Laborma\u00dfstab
\nb)\tBesichtigung alternativer, thermischer Reststoffverwertung mit fachlichem Austausch
\nc)\tAuslegung, Bau und Betrieb des Pilotreaktors auf der Basis von Laborergebnissen
\nd)\tIntegration moderner Mess-, Regel- und Steuertechnik in das Reaktorkonzept
\ne)\tAnalytische Begleitung der Laborsysteme und des Betriebs der Pilotanlage
\nf)\tModifikation der Anlagentechnik im Lichte der Betriebserfahrung und den spezifischen Anforderun-gen der Kl\u00e4rschlammentsorgung und Tierk\u00f6rperbeseitigung
\ng)\tAufzeigen von Verwertungsm\u00f6glichkeiten f\u00fcr die entstehenden Produkte
\nh)\tHeterogen katalytische Umsetzung von Tierfett in fl\u00fcssige Kohlenwasserstoffe bei 400-550\u00b0C
\ni)\tProjektkommunikation mit Medien, Fachverb\u00e4nden und auf Seminaren, Ausstellungen, vor Ort sowie in wissenschaftlich-fachtechnischen Publikationen
\nj)\tLabortechnische Bearbeitung von Proben potentieller Kunden und Beratung
\nk)\tDurchf\u00fchrung einer \u00d6koeffizienzanalyse<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
W\u00e4hrend des Projektverlaufs (1. M\u00e4rz 2003 – 31. Oktober 2004) wurden anaerobe und aerobe Kl\u00e4rschl\u00e4mme als mikrobielle Biomassen sowie Tiermehl, Fleischknochenmehl und Tierfett als tierische Biomassen der Tierk\u00f6rperbeseitigung der NTK im Labor- und Pilotma\u00dfstab unterzogen. Die Ausbeute an \u00d6l ist bei anaerob stabilisierten Kl\u00e4rschl\u00e4mmen mit 6-8% geringer als bei aeroben, unstabilisierten Kl\u00e4rschl\u00e4mmen (15 – 30%). F\u00fcr die \u00d6lausbeute sind Gehalte an Fetten und Proteinen in den umzusetzenden Biomassen pr\u00e4gend. Magnetresonanzspektroskopie (NMR) und Infrarotspektroskopie charakterisieren die bei 400\u00b0C unter Sauerstoffausschluss gewonnenen NTK-Roh\u00f6le als aliphatische Kohlenwasserstoffe mit einem Aromatenanteil von maximal 5%. Unumgesetzte Fetts\u00e4uren liegen substratabh\u00e4ngig im Bereich von 2-5%. Hingegen ergeben kohlenhydratreiche Substrate, z.B. mikrobiell-kontaminierter \u00d6koweizen im Wesentlichen Reaktionswasser und Kohlenstoff. 13C-Festk\u00f6rper-NMR weist den Kohlenstoff zu ca. 80% als Graphit (sp2-Hybridisierung) aus. Zur reaktorinternen R\u00fcckf\u00fchrung der in den festen, kohle-haltigen R\u00fcckst\u00e4nden der NTK enthaltenen anorganischen Katalysatoren (in-situ Katalyse) wurde auf der Basis von Laborumsetzungen ein thermokatalytischer Schlaufenreaktor entwickelt, zum Patent angemeldet und im Verbund mit der Kl\u00e4ranlage in F\u00fcssen mit Kl\u00e4rschlamm, Tiermehl und Fleischknochenmehl betrieben. Bei kontinuierlichem Betrieb des r\u00fcckvermischenden Systems kommt es zu einem partiellen Austrag von Feinstaub \u00fcber den entweichenden Gasstrom im Bereich von 1-2%. Dieser schl\u00e4gt sich als Feststoff-\u00d6l-Wassersystem in allen k\u00fchleren Bereichen (<320\u00b0C) nieder. Zur Problembehebung wurde der gasseitige Reaktorauslass m\u00f6glichst ecken- und kantenfrei ausgef\u00fchrt und die urspr\u00fcngliche Fl\u00e4chenkondensation durch Spr\u00fchkondensation ersetzt. Die Stofftrennung erfolgte in einer Drei-Phasen-Zentrifuge. Datenaufzeichnungen der Ablaufwert lie\u00dfen keine signifikante R\u00fcckbelastung der Kl\u00e4ranlage erkennen. Bei Kl\u00e4rschlamm reichern sich Schwermetalle in Abh\u00e4ngigkeit von ihrer Fl\u00fcchtigkeit bei 400\u00b0C \u00fcberwiegend im festen, kohlehaltigen R\u00fcckstand an. Bei Fleischknochenmehl stellt dieser mit ca. 27% Phosphat (P2O5)eine Quelle f\u00fcr biogene D\u00fcngemittel dar. Die NTK f\u00fchrt zu einer Dehalogenierung der im Substrat vorhandenen Polychlordibenzodioxine und -furane. Die Abbaugrade liegen \u00fcber 70%; jedoch k\u00f6nnen entstehende niederchlorierte Kongenere zu einer Erh\u00f6hung der Toxizit\u00e4ts\u00e4quivalente f\u00fchren. Die \u00d6koeffizienzanalyse erbrachte folgendes Ergebnis: Kl\u00e4rschlamm-Mitverbrennung > NTK-Anlage mit Abgasheizung > NTK-Anlage mit elektrischen Heizwendeln.
\nDie Umwandlung von Tierfett in aliphatische Kohlenwasserstoffe (Heizwert > 40 MJ\/kg) kann bei 400\u00b0C durch dealuminierte Zeolithe katalysiert werden, w\u00e4hrend bei 550\u00b0C \u00fcberwiegend Alkylaromaten entstehen. Diesbez\u00fcglich wurde ein Patentantrag zur Gewinnung fl\u00fcssiger Treibstoffe aus Tierfett gestellt.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Auf mehreren lokalen Messen und auf der ACHEMA im Mai 2003 wurde das Projekt vorgestellt und diskutiert. Weitere Vortr\u00e4ge: VDI-Wissensforum Kl\u00e4rschlamm, Tiermehl, G\u00fclle, Biogene Abf\u00e4lle in Dortmund, 10\/03, Deutsch-Brasilianisches Umweltforum an der Universit\u00e4t T\u00fcbingen im Juli 2004, Anaerobic Digestion, Montreal, 1.9.2004, Deutsch-Brasilianisches Fachgespr\u00e4ch Biodiesel am 1.12.2004 bei der FAL in Braunschweig, Internationaler Kongress Environmental Science and Technology, New Orleans, 24.1.2005, IFAT 2005, M\u00fcnchen und Kl\u00e4rschlamm 2005 Quo vadis, Frankfurt, 22.06.05. Print-Publikationen erschienen in Korrespondenz Abwasser, WLB, GIT Entsorgungsmanagement und Symposiumsb\u00e4nden internationaler Kongressbeitr\u00e4ge. Mit mehr als vierzig Zeitungsberichten, zehn Radio- und Fernsehbeitr\u00e4gen pr\u00e4sentierte sich das Projekt in den \u00f6ffentlichen Medien. Zugang zu Projektinformationen gibt es auch unter verschiedenen Internetadressen. Mitte Juni 2004 fand zudem eine \u00f6ffentliche Informationsveranstaltung zur NTK in F\u00fcssen statt, gefolgt von zwei Scoping-Terminen mit Fachbeh\u00f6rden im Juli 2004 und Juni 2005. Beim VW-F\u00f6rderpreis wurde der 4. Platz (aus 150) erzielt.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Kl\u00e4rschlamm, Tiermehl und Tierfette sind geeignete NTK-Substrate. Besonders vorteilhaft ist die Integration der NTK beim Fehlen eines Faulturms zur dezentralen Entsorgung von aerobem Kl\u00e4rschlamm sowie f\u00fcr Tier- und Fleischknochenmehl unter Energiegewinnung. Grund: H\u00f6here \u00d6lausbeute (15-30%) durch die Gehalte an Fetten und Proteinen. Der feste R\u00fcckstand bei der NTK von Fleischknochenmehl ist eine bedeutsame biogene Phosphor-Ressource. Bei der Umwandlung von Tierfett in biogene Treibstoffe ist der Einsatz externer Katalysatoren (dealuminierte Zeolithe) erforderlich, da zellul\u00e4re in-situ Katalysatoren fehlen. Die \u00d6koeffizienzanalyse ergibt, dass die NTK konkurrenzf\u00e4hig zur Kl\u00e4rschlamm-Mitverbrennung ist. Eine NTK-Anlagenvariante mit einer Abgasheizung bei Verwertung bzw. kostenloser Entsorgung des festen kohlenstoffhaltigen R\u00fcckstands ist kosteng\u00fcnstiger als die Kl\u00e4rschlamm-Mitverbrennung in einem Steinkohleheizkraftwerk. Die NTK erscheint energetisch g\u00fcnstiger als die Kl\u00e4rschlamm-Monoverbrennung. Forschungs- und Entwicklungbedarf besteht in der Aufbereitung von Roh\u00f6l zu Dieselqualit\u00e4t und der Optimierung der Feinstaubabscheidung mit nachgeschalteter Kondensation.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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