Uni-Bayreuth

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Entstehung von Kohle aus Biomasse im Temperaturbereich von 200 bis 400 °C

Bernd Weber1, Ernst A. Stadlbauer1, Mohammad S. Hossain1, Sabrina Stengl1
1 Labor für Entsorgungstechnik, FH-Giessen-Friedberg

V 3.4 in Biochar-Technologien

09.07.2010, 09:55-10:15, H 8, GEO

Die hydrothermale Carbonisierung zur Erzeugung von Bio-Kohle aus pflanzlichem Material als Brennstoff oder Einsatzmittel zur Bodenverbesserung erlangt zunehmend Interesse. In der Praxis erfolgt ein Druckaufschluss um die 20 bar und im Temperaturbereich von 200 °C. Solche Bedingungen erfordern einen erhöhten anlagentechnischen Aufwand. Die vorliegenden Untersuchungen mit Biertreber zeigen, dass im drucklosen Betrieb Produkte mit gleichen Eigenschaften erhalten werden. Auch ist ein zusätzliches Einbringen von Wasserdampf nicht notwendig, da im Inkohlungsprozess gebildeter Wasserdampf ausreichend ist. Thermogravimetrische und IR-spektroskopische Untersuchungen mit den Reinstoffen Hemizellulose, Zellulose und Lignin zeigen eindeutig eine Temperaturabhängigkeit des Inkohlungsprozesses mit unterschiedlichen Aktivierungsenergien für Komponenten der pflanzlichen Biomasse. Bei 200 °C überwiegt der Abbau der Hemizellulose. Parallel dazu steigt der Kohlenstoffgehalt im Ausgangsprodukt Biertreber von 53,3 % in den Behandlungsstufen bei 200 °C auf 68 % und 400 °C auf 88 % bezogen auf die wasser- und aschefreie Substanz an. Im Temperaturbereich der Niedertemperaturkonvertierung (350 °C - 400 °C) kommt es auch zur Ent­funktionalisierung aller Kohlenhydrate: Im 13C-Festkörper-NMR treten verstärkt Ab­sorption von sp2-hybridisierten C-Atomen auf. Das Inkohlungsdiagramm (H/C versus O/C) erlaubt eine Klassifizierung der bei unterschiedlichen Reaktions­temperaturen erzeugten Produkte. Bei 200 °C werden Charakteristika von Braun­kohlen erzielt, während bei 400 °C die von Steinkohlen im Vordergrund stehen. Offenbar kommt es im Prozess der Carbonisierung zu einem aufeinanderfolgenden Abbau von Hemizellulosen und Zellulosen. Prägend für die mechanische Stabilität ist die Zerstörung der Hemizellulosen. Entscheidungskriterien für die Auslegung und das Verfahrensprinzip zukünftiger Anlagen sind das Druckniveau (maßgeblich für die Investition), Energiebilanz und gewünschte Produktqualität.

Letzte Änderung 21.06.2010