Stabilität unterschiedlich aufbereiteter Biomasse

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1 Stabilität unterschiedlich aufbereiteter Biomasse HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Fakultät Ressourcenmanagement (Stability of differently treated biomass) 72. Symposium des ANS e.v. 5./ in Berlin Fachgebiet Nachhaltige Energie- und Umwelttechnik NEUTec Rudolf-Diesel-Str Göttingen Prof. Dr.-Ing. Rainer Wallmann M. Eng., Dipl.-Ing. Christine Ahlborn

2 Gliederung (structure) Einleitung (introduction) Untersuchungsmaterial (methods) Analysemethoden zur Bestimmung der Biostabilität (analytics) Ergebnisse der Untersuchungen (results) Beurteilung der Stabilität der Substrate (evaluation) Vergleich von HTC- und Pyrolysekohle Schlussfolgerungen (conclusions) (comparison hydrocarbon/biochar) 2

3 Einleitung Biokohle-Forschungsaktivitäten HAWK (biochar research HAWK) Climate saving soils EU Interreg Verbundvorhaben Vorstellung durch Prof. Dr. Rob van Haren am Donnerstag HAWK: Feldversuche mit Pyrolysekohle und ökologische Bewertung Vortrag Markus Rödger am Donnerstag Ökologische Bewertung HTC in Niedersachsen Verbundvorhaben (EFRE) Uni Oldenburg, TU Braunschweig, FH Osnabrück, FH Wolfenbüttel und HAWK Weiterentwicklung kontinuierlich betriebene HTC-Technologie

4 Biokohle als Bodenverbesserer (biochar for soil conditioning) Ziele: (targets) Klimaveränderungen mindern mitigation of climate change durch Kohlenstoffsequestrierung im Boden wird dem Kohlenstoffkreislauf mittel- bis langfristig Kohlenstoff entzogen Bodenqualitäten verbessern improve soil quality Einbringung der Biomasse in den Boden als Bodenverbesserer 4

5 Biokohle als Bodenverbesserer (biochar for soil conditioning) Wie stabil ist Biokohle eigentlich und wie kann man das messen? (How stable is biochar and how to measure?) Internes Forschungsvorhaben und Masterarbeit Christine Ahlborn an der HAWK 2011 (master thesis HAWK 2011) 5

6 Untersuchungsmaterial (material) Treibsel (floating refuse) an der Nordseeküste angelandetes Pflanzenmaterial Analysiert in Form von: Frischmasse (fresh material) Kompost (compost) Gärrest (digestate) Kohle aus Hydrothermaler Carbonisierung 1) (hydrocarbon) Pyrolysekohle 2) (biochar) Referenz: Steinkohle (hard coal) 72. Symposium des ANS e.v. 1) Fa Artec: 9 h, 220 C, 27 bar 2) Uni Edinburgh: 16 Min., 650 C 6

7 Auswahl durchgeführter Analysen zur Bestimmung der Stabilität der Substrate (analysis) Messung der Atmungsaktivität (breathability) Elementaranalyse (elementary analysis) Bestimmung des gelösten organischen Kohlenstoffs (DOC) Bestimmung der Huminstoffarten (kind of humic matter) Infrarotspektroskopische Untersuchungen (FT-IR) Rasterelektronenmikroskopaufnahmen (REM) 7

8 Ergebnisse der Analysen (results) Atmungsaktivität (AT 4 ) 1) (breathability) 1) Aufstockungsmethode nach Ramke, Kompost + 50 % Proben-TS [mg O 2 /gts] 15,67 16,00 14,00 12,00 10,96 10,00 8,00 6,00 3,99 4,10 4,00 2,00 0,71 1,76 0,00 Treibsel Frischmasse Treibsel kompostiert Gärrest aus Treibsel HTC-Kohle aus Treibsel Pyrolysekohle aus Treibsel Steinkohle fresh compost digestate hydrocarbon biochar hard coal 8

9 Ergebnisse der Analysen 1) erstellt aus den Werten der Elementaranalyse Inkohlungsdiagramm 1) (carbonisation chart) Frischmasse (fresh matter) Kompost (compost) Gärrest (digestate) HTC-Kohle (hydrocarbon) Pyrolysekohle (biochar) Steinkohle (hard coal) Quelle: Belusa et al.,

10 [mg/l] Ergebnisse der Analysen Gelöster organischer Kohlenstoff (DOC) Treibsel Frischmasse Treibsel kompostiert Treibsel Gärrest Treibsel HTC-Kohle Treibsel Pyrolysekohle Steinkohle fresh compost digestate hydrocarbon biochar hard coal 10

11 Zunehmende Biostabilität Ergebnisse der Analysen Enthaltene Huminstoffarten (included kind of humic matter) Fulvosäuren (fulvic acid) Quotient der Extinktionen 6 5 5,40 5,13 5,19 Braunhuminsäuren (brown humic acid) 4 3 3,82 Grauhuminsäuren (grey humic acid) 2 1 1,13 1,17 0 Treibsel Frischmasse Treibsel Kompost Treibsel Gärrest Treibsel HTC-Kohle Treibsel Pyrolysekohle Steinkohle fresh compost digestate hydrocarbon biochar hard coal 11

12 Absorbanz Ergebnisse der Analysen 1) Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer Infrarotspektroskopische Analyse der Substrate (FT-IR 1) ) Steinkohle Pyrolyseprodukt Gärrest HTC-Kohle kompostiert Treibselfrischmasse Wellenzahl (cm -1 ) Analytik: Uni Wien (BOKU) 12

13 Beurteilung der Stabilität der Substrate (evaluation of biostability) (clear results) Eindeutige Ergebnisse zur Biostabilität: Treibsel-Frischmasse = leicht abbaubar Pyrolysekohle = stabil Steinkohle = stabil (fresh matter = easy biodegradable) (biochar = stable) (hard coal = stable) (unclear results) Keine eindeutigen Ergebnisse zur Biostabilität: Treibsel-Kompost (compost) Treibsel-Gärrest (digestate) HTC-Kohle aus Treibsel (hydrocarbon) 13

14 Rasterelektronenmikroskopaufnahmen (REM) Treibsel-Frischmasse (fresh) Treibsel-Kompost (compost) Treibsel-Gärrest (digestate) HTC-Kohle (hydrocarbon) Pyrolysekohle (biochar) n Steinkohle (hard coal) Aufnahmen: Fakultät N der HAWK 14

15 kg Treibsel Frischmasse Kohlenstoff [g] C-Effizienz: HTC-Kohle und Pyrolysekohle (C-efficiency hydrocarbon and biochar) Treibsel Frischmasse 72. Symposium des ANS e.v. Kohlenstoffmengen [g] aus 1 kg Treibsel-Frischmasse HTC-Kohle 43 Pyrolyse-Kohle (Fresh) (hydrocarbon) (biochar) direkte Vergleichbarkeit von HTC-Kohle und Pyrolysekohle nicht gegeben (direct comparison is difficult) C-Effizienz der HTC-Kohle ist deutlich größer (C-efficiency is clearly higher) Benötigte Masse an Frischsubstanz für 1 kg Kohlenstoff [kg] 12 HTC-Kohle (hydrocarbon) 23 Pyrolyse-Kohle (biochar) 15

16 Schlussfolgerungen und Zusammenfassung (conclusions and abstract) Pyrolysekohle besteht aus stabilen Verbindungen (biochar = stable material) HTC-Kohle besteht aus stabilen und weniger stabilen Verbindungen, wesentlich höhere Kohlenstoffeffizienz als Pyrolysekohle (hydrocarbon = stable and unstable material ; higher C-efficiency) Forschungsbedarf: insb. Qualität und Quantität der stabilen Verbindungen in der HTC-Kohle sollten mit a) strukturaufklärenden Methoden, b) längerfristigen Messungen der Atmungsaktivität weitergehend untersucht werden (research demand: structure and quality of hydrocarbon) 16

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. (thanks for attention) Kontakt: 17