Experimentelle Untersuchungen zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse<\/p>\n
Im Rahmen des Promotionsstipendiums wurde eine Grundlage zur energetischen Bewertung von hydrothermaler Karbonisierung f\u00fcr die Aufbereitung von Biomasse zu einem Energietr\u00e4ger mit verbesserten Brennstoffeigenschaften erarbeitet. Hierf\u00fcr wurde die W\u00e4rmet\u00f6nung der Reaktion experimentell untersucht und erstmalig der derzeitige Stand des Wissens zusammenfassend dargestellt. Durch die Auswertung der umfangreichen Literatur zur Theorie der hydrothermalen Karbonisierung (HTC) und deren technischer Umsetzung entsteht ein umfassendes Bild des zugrunde liegenden Reaktionsnetzwerkes. Durch die Unterschiede zur Chemie der Pyrolyse wird deutlich, dass eine separate Betrachtung des Prozesses erforderlich ist. Zus\u00e4tzlich wurden Wissensl\u00fccken identifiziert, die f\u00fcr ein Verst\u00e4ndnis der Reaktion geschlossen werden m\u00fcssen. Hervorzuheben sind hier die Mechanismen der Polyreaktionen, die zur Bildung der HTC-Kohle f\u00fchren, ein besseres Verst\u00e4ndnis der Zusammensetzung der HTC-Kohle bzw. ihrer Fraktionen sowie Reaktionen des Lignins unter hydrothermalen Bedingungen. Relevante Prozessparameter konnten zwar identifiziert und qualitativ ausgewertet werden, es fehlen jedoch schl\u00fcssige Modelle zur Beschreibung der Produktverteilung und deren Zusammensetzung. Die im Prozesswasser gel\u00f6ste Organik ist besonders zu beachten, da diese einen signifikanten Einfluss auf die Effizienz des Karbonisierungsprozesses hat. Im experimentellen Teil wurden Versuche zur Bestimmung der Reaktionsw\u00e4rme der hydro-thermalen Karbonisierung durchgef\u00fchrt, da dies ein wichtiger Parameter f\u00fcr den W\u00e4rmehaushalt des Prozesses ist. Messungen in einem leistungskompensierten Differenzkalorimeter mit Cellulose und Glucose ergaben Werte von -1070\u00b140 J\/gtr,af bzw. -1060\u00b170 J\/gtr,af (n=6). Die gemessene Exothermie f\u00fcr Holzsp\u00e4ne war mit -750\u00b111 J\/gtr,af (n=6) deutlich geringer. Diese Ergebnisse stellen nach dem jetzigen Stand der Forschung die genauesten Messungen f\u00fcr die Reaktionsw\u00e4rme von hydrothermaler Karbonisierung dar. Die Messergebnisse weichen signifikant von bisher ver\u00f6ffentlichten Absch\u00e4tzungen der Exothermie von hydrothermaler Karbonisierung ab. Eine kritische Diskussion der unterschiedlichen Ergebnisse zeigt auf, das bislang die Exothermie \u00fcbersch\u00e4tzt wurde. Auf Grundlage der Messergebnisse kommt der Exothermie eine untergeordnete Rolle im W\u00e4rmehaushalt des Prozesses zu. Zus\u00e4tzlich zur quantitativen Bestimmung der Reaktionsw\u00e4rme wurde der Einfluss der Beladung untersucht. Diese zeigte im Bereich von 20 bis 50% Trockensubstanzgehalt keinen signifikanten Einfluss auf den Verlauf der Reaktionsw\u00e4rme. Der Einsatz von unterschiedlichen S\u00e4uren zeigte keinen beschleunigenden Einfluss auf den Verlauf der Reaktionsw\u00e4rme oberhalb von pH 3. Parallel zur Durchf\u00fchrung der Messungen mit Modellsubstanzen wurde ein Versuchsstand aufgebaut, der f\u00fcr gr\u00f6\u00dfere Probenmengen (bis zu 100 g) die Reaktionsw\u00e4rme von hydrothermaler Karbonisierung durch die Entnahme von Dampf messen sollte. Allerdings konnten Messungen kein Ergebnis f\u00fcr die Reaktionsw\u00e4rme liefern. M\u00f6gliche Gr\u00fcnde hierf\u00fcr werden diskutiert und auf Basis der gewonnen Erkenntnisse ein anderes Messkonzept empfohlen. Hydrothermale Karbonisierung kann nicht als einfache Technologie (‘low tech’) bezeichnet werden, vor allem nicht im Vergleich zu klassischer Pyrolyse und anaerober Verg\u00e4rung. Beispiele aus der Literatur zeigen, dass der Anlagenaufwand zum Verarbeiten der Biomasse, zur internen W\u00e4rme-r\u00fcckgewinnung und Aufbereitung des Prozesswassers nicht unerheblich ist. Nichtsdestotrotz k\u00f6nnen sich je nach Anwendungsfall entscheidende Vorteile ergeben, vor allem bei der Nutzung von Biomassestr\u00f6men mit einem sehr hohen Wassergehalt. Daher ist es m\u00f6glich, dass hydrothermale Karbonisierung im Einzelfall eine sinnvolle Erg\u00e4nzung zu anderen Umwandlungstechniken f\u00fcr Biomasse darstellen kann.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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