Bei Fragen wenden Sie sich bitte an:

Transkript

1 Urheberrechtshinweis Die Inhalte dieser Präsentation (u.a. Texte, Grafiken, Fotos, Logos etc.) und die Präsentation selbst sind urheberrechtlich geschützt. Sie wurden durch Fraunhofer UMSICHT selbständig erstellt. Eine Weitergabe von Präsentation und/oder Inhalten ist nur mit schriftlicher Genehmigung von Fraunhofer UMSICHT zulässig. Ohne schriftliche Genehmigung von Fraunhofer UMSICHT dürfen dieses Dokument und/oder Teile daraus nicht weitergegeben, modifiziert, veröffentlicht, übersetzt oder reproduziert werden, weder durch Fotokopien, Mikroverfilmung, noch durch andere insbesondere elektronische - Verfahren. Der Vorbehalt erstreckt sich auch auf die Aufnahme in oder die Auswertung durch Datenbanken. Zuwiderhandlungen werden gerichtlich verfolgt. Copyright Fraunhofer UMSICHT, 2009 Bei Fragen wenden Sie sich bitte an: Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT Dr.-Ing. Hartmut Pflaum Leiter Marketing, Kommunikation, Unternehmensplanung Osterfelder Straße Oberhausen Tel.: hartmut.pflaum@umsicht.fraunhofer.de

2 Einführung in das Thema aus Sicht der Verfahrenstechnik und Aktivitäten der Fraunhofer UMSICHT Oberhausen Josef Robert ( ), Christoph Glasner (-1133), Folie 2

3 AGENDA 1. Die hydrothermale Carbonisierung 2. Versuchsanlagen bei UMSICHT 3. Ergebnisse und Empfehlungen Reaktionswärme und -kinetik Versuchsergebnisse Wirtschaftlichkeit 4. Zusammenfassung und Aussicht Fraunhofer

4 AGENDA 1. Die hydrothermale Carbonisierung 2. Versuchsanlagen bei UMSICHT 3. Ergebnisse und Empfehlungen Reaktionswärme und -kinetik Versuchsergebnisse Wirtschaftlichkeit 4. Zusammenfassung und Aussicht Fraunhofer

5 Die hydrothermale Carbonisierung Inkohlung von Biomasse Dampfkochtopfprinzip 20 % (nasse) Biomasse 80 % Wasser + Katalysator (Zitronensäure; ph 4) C bar Reaktion verläuft exotherm Folie 5

6 Die hydrothermale Carbonisierung Inkohlung von Biomasse Dampfkochtopfprinzip unterschiedliche Produkte je nach Reaktionsdauer 4 h: Humus 8 h: Braunkohle 12 h: Steinkohle Brennwerterhöhung der Edukte Terra Preta? Foto: Fh UMSICHT Folie 6

7 Einsatzstoffe Bananen Orangen Maisstroh Strandgut Glucose Kartoffeln Gärreste Kartoffelpülpe Foto: Fh UMSICHT Buchenlaub diverse Laubreste Apfeltrester Gras Foto: Fh UMSICHT Folie 7

8 Einsatzmöglichkeiten der HTC-Produkte HTC CCS Bodenverbesserer Brennstoff Foto: Fh UMSICHT Quelle: PHOTOCASE Foto: Marek Michalewicz Quelle: PHOTOCASE Foto: mister QM Folie 8

9 AGENDA 1. Die hydrothermale Carbonisierung 2. Versuchsanlagen bei UMSICHT 3. Ergebnisse und Empfehlungen Reaktionswärme und -kinetik Versuchsergebnisse Wirtschaftlichkeit 4. Zusammenfassung und Aussicht Fraunhofer

10 Versuchsanlagen bei UMSICHT Differential Scanning Calorimeter (40 mg) Reaktionskalorimeter (1,5 Liter) HTV-Technikumsanlage (140 Liter) Foto: Fh UMSICHT Foto: Fh UMSICHT Foto: Fh UMSICHT Folie 10

11 AGENDA 1. Die hydrothermale Carbonisierung 2. Versuchsanlagen bei UMSICHT 3. Ergebnisse und Empfehlungen Reaktionswärme und -kinetik Versuchsergebnisse Wirtschaftlichkeit 4. Zusammenfassung und Aussicht Fraunhofer

12 Reaktionswärme (indirekte Bestimmung) Beispiel: Glucoselösung (20 %ig, ph=4, t=12 h, Reaktionskalorimeter) TS-Massenbilanz: vorher: 181,21 g nachher: 83,79 g (Festphase) + 14,66 g (Flüssigph.) Verlust: 45,67 % Energiebilanz: vorher: (15,5 * 0,181) MJ = 2,81 MJ nachher: (26,3 * 0,098) MJ = 2,59 MJ Verlust: 0,22 MJ freiwerdende Energie: 1214 kj/kg zum Vergleich: C 6 H 12 O 6 C 6 H 2 O + 5 H 2 O H=-5773 kj/kg * Folie 12 * Titirici, M.; Antonietti, M. (2010): Chemistry and materials options of sustainable carbon materials made by hydrothermal carbonization; Chemical Society Reviews; 39:

13 Reaktionswärme (direkte Bestimmung) gemessene Reaktionswärme ist geringer als in der Literatur angegeben Glucoselösung 20 % Fläche: ~145,8 kj/kg Folie 13

14 Reaktionskinetik Erkenntnisse reproduzierbare Glockenkurve (1 K/min Anstieg) Reaktionskinetik scheint nicht durch die Temperatur beeinflusst zu werden Einfluss von Zitronensäure nicht nachweisbar Start der Reaktion bei ~180 C nachgewiesen Empfehlungen Temperatureinfluss auf Reaktionsprodukte ist zu untersuchen Katalysatorscreening Folie 14

15 Versuchsergebnisse (Druckerhöhung) Erkenntnisse keine Exothermie erkennbar Druckerhöhung um 6 bar vergleichbar mit anderen Versuchen exakte Wärmeregelung über die Reaktorwand schwierig stückiges Material Rückschluss auf die Reaktionskinetik über den Druckverlauf Empfehlungen Reaktor nicht nur auf den Dampfdruck auslegen Füllhöhe im Reaktor beachten gezielte Gasentweichung vorsehen Isolierung vorsehen Temperatur [ C] Zeit [h] Reaktortemperatur [ C] Manteltemperatur [ C] Druck [bar] Druck [bar] Folie 15

16 Versuchsergebnisse (Brennwert) vorher Produkt (s) Brennwert [MJ/kg] Banane(nstaude) Maisstroh Kartoffelpülpe Buchenlaub Orangenschalen Kartoffelpülpe Kartoffel Glucose Gärrest Folie 16

17 Versuchsergebnisse (Kohlenstoffgehalt) 75 vorher Produkt (s) Kohlenstoffgehalt [%] Kartoffelpülpe Buchenlaub Orangenschalen Kartoffelpülpe Kartoffel Glucose Gärrest Folie 17

18 Abhängigkeit des Brennwertes und des Kohlenstoffgehalts T=180 C und t=12 h Folie 18

19 Versuchsergebnisse (Korrosion) 6-7 Versuche pro Behälter (Chrom-Nickelstahl) in drei Monaten erhebliche Korrosion erkennbar Empfehlung Materialtests erforderlich Foto: Fh UMSICHT Foto: Fh UMSICHT Folie 19

20 Versuchsergebnisse (Terra Preta) HTC-Produkte: Glucose Maisstroh - Ertrag: keine signifikante Verteilung von Mineralstoffen auf die feste oder flüssige HTC-Fraktion Folie 20 Foto: Fraunhofer IME

21 Inhibitoren für einen wirtschaftlichen Betrieb Exothermie reicht nicht aus, um den Prozess ohne weitere Energiezufuhr betreiben zu können diskontinuierlicher Betrieb Verlust von Energie (bei Nutzung als Brennstoff) Kosten für das Edukt Einsatz als Bodenverbesserer fraglich Toxizität einzelne Produkte zeigten keinen oder geringeren Pflanzenwuchs Wiederholung notwendig Folie 21

22 AGENDA 1. Die hydrothermale Carbonisierung 2. Versuchsanlagen bei UMSICHT 3. Ergebnisse und Empfehlungen Reaktionswärme und -kinetik Versuchsergebnisse Wirtschaftlichkeit 4. Zusammenfassung und Aussicht Fraunhofer

23 Zusammenfassung repräsentative Versuche durchgeführt Reaktionskinetik und Reaktionswärme direkt und indirekt bestimmt Handling der Reaktionswärme bislang unproblematisch Druckerhöhung aufgrund von Gasbildung muss beachtet werden Produkte sind bzgl. Kohlenstoffgehalt u. Brennwert braunkohleähnlich Optimierung als Bodenverbesserer notwendig Prozessführung Folie 23

24 Aussicht Minimierung der Energiezufuhr notwendig Ausgangsmaterialien Fokussierung auf nasse Biomasse notwendig Wirtschaftlichkeit bei Biomasse ohne Entsorgungskosten? Terra Preta gezielte Prozessführung zur Vermeidung von toxischen Stoffen Einsatz als Bodendünger eingehender untersuchen Katalysator notwendig? Folie 24

25 Förderung hydrothermaler Verfahren durch die Nationale Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030 Projektträger Innovationsförderung in der Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) Verwertung von biologischen Rest- und Abfallstoffen mittels hydrothermaler Verfahren Reduzierung der natürlich ablaufenden CO2-Freisetzung aus Biomasse Einsatz als Bodenhilfsstoff Neue Möglichkeit zur Verwertung überschüssiger Biomasse Schaffung besserer Rahmenbedingungen für Innovationen in der Ernährungswirtschaft Jährlich stehen hierfür mehr als 25 Millionen Euro zur Verfügung Folie 25

26 FRAUNHOFER UMSICHT Geschäftsfeld Prozesstechnik Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Fraunhofer UMSICHT Osterfelder Straße Oberhausen info@umsicht.fraunhofer.de Internet: Dipl.-Ing. Josef Robert Telefon: Josef.Robert@umsicht.fraunhofer.de Folie 26