Indonesien: Erschließung des energetischen Potenzials von Agrarabfällen durch innovative Technologien

Transkript

1 Indonesien: Erschließung des energetischen Potenzials von Agrarabfällen durch innovative Technologien PEP Informationsveranstaltung 10. September

2 Herausforderungen bei der energetischen Nutzung von Agrarabfällen in den Tropen und Subtropen Catalina Rodríguez Correa, M.Sc. Institut für Agrartechnik Fachgebiet für Konversionstechnologie Universität Hohenheim

3 Wussten Sie schon, dass die Land- und Forstwirtschaft 2% des gesamten Weltenergieverbrauch die gesamte landwirtschaftliche Nutzfläche 38,5% der Weltlandfläche Rinder, Büffel und Geflügel 86% des Weltstierbestandes Die gesamte Wasserentnahme für landwirtschaftliche Zwecke 95% Quelle: Agri-environmental statistics - FAO.

4 Energy content (EJ) (1 EJ = Joule) Im Jahr 2000: über 254 EJ Energie aus Biomasse über 6,7 Milliarden m 3 Petroleum. Quelle: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) - Japan

5 Agrarabfälle Ernteabfälle Nahrungsmittelabfälle Tierische Abfälle Andere Getreidehalm Reisspelze Fruchtschalen Holzschnitte 1.3 Milliarden Tonnen Essen werden zu Abfall Landwirtschaft ist für 33% verantwortlich (FAO) Gülle Tierkörpern Schlachthofabfälle usw. Pestiziden Herbiziden Insektiziden usw.

6 CO 2 -Emissionen nach Abfallkategorie Im Jahr 2011: 5,3 Millionen Gigagramm CO 2 Quelle: Statistics Division FAO.

7 Annäherung an das Problem Recycle, Abfallmanagement und bessere Verwaltung von Düngemitteln und Pestiziden Düngemittel und Kompostierung aus Agrarresten Ausgangsmaterial für die Papierherstellung Pilzkultivierung und Tierfutter Bioenergie aus Biomasse Physikalisch-chemisch (z.b. Biodiesel) Biologisch-chemisch (z.b. Biogas) Thermo-chemisch (z.b. Biokohle.)

8 Beispiel: Palmölproduktion Quelle: Bioenergy Developments in Malaysia -

9 Beispiel: Palmölproduktion Verbrennung zur Dampferzeugung für Palmölgewinnung Nachteil: Trocknung von der Biomasse Leere Fruchtstände (Empty fruit bunches; EFB) als Dünger und Mulchen Nachteil: Grundwasserverschmutzung durch Ölrückstände Mesokarpfasern (MF) und Palmkernschalen als Brennstoff Nachteil: niedriger Brennwert und ineffiziente Methode EFB + Abwasser der Palmölmühlen (palm oil mill effluent; POME): Biogasproduktion In Malaysia weniger als 10 von 800 Palmölmühlen

10 Thermochemische Umwandlungsverfahren - Trocken Verfahren Temperatur ( C) Torrifizierung Pyrolyse > 300 Vergasung > 600 Reaktionsmedium N 2, langsame Aufheizraten (<50 C/min) N 2 Aufheizrate hängt vom gewünschten Endprodukt ab Air, O 2, CO 2, Wasserdampf Typische Produkte Produktverteilung fest flüssig gas Biokohle und Gase Teere, Öle und Gase Biokohleausbeute sinkt nicht kondensierbare Gase

11 Bioliq - Biomass to Liquid Pyrolyse Energieverdichtung Flugstromvergasung Gasreinigung Kraftstoffsynthese Endprodukte

12 Thermochemische Umwandlungsverfahren - Nass Verfahren Temperatur ( C) Reaktionsmedium Typische Produkte Produktverteilung fest flüssig gas Hydrothermale Karbonisierung H 2 O unter hohem Druck (~20 bar) Hydrochar, water, CO Hydrothermale Verflüssigung H 2 O im nahkritischen Bereich (>10 bar) mit Katalysatoren Bio-crude Öl mit hohem Brennwert, Biokohle, gasförmige Produkte Hydrothermale Vergassung T > 374 H 2 O im kritischen und überkritischen Bereich (> 22 bar) mit/ohne Katalysatoren H 2, CH 4, CO

13 Hydrochar Ähnlich zu Braunkohle Hohe H/C und O/C-Verhältnissen ph < 7 (sauer) Weniger aromatische Verbindungen (Graphit-ähnlich) abbaubarer Kohlenanteile Kleinere Oberfläche weniger Porosität

14 Charakterisierung der EFB und MF C H N O Asche Flüch. Best. Wasser a Wasser b HHV (MJ/kg) Cel. Hemi. Lignin EFB 44,7 6,3 0,8 38,3 7,9 75,6 50 6,7 19,4 38,6 16,8 20,2 MF 46,2 6,2 0,4 37,2 9,8 73,5 40 6,4 19,8 31,2 17,6 23,8 a: nach der Mühle; b: vor dem HTC Versuch EFB MF

15 HTC Verfahren - Prozessbedingungen 300 Temperatur( C) Autoklaven: 250 ml Reaktionstemperaturen: 190 und 220 C Reaktionszeiten: 2, 4 und 6 h Zeit(min) Temperatur Autoklav Temperatur Ofen Druck im Autoklav

16 Produktverteilung - EFB 100% 100% 75% 75% 50% 25% Kohle 50% 25% 0% Kohle (fest) flüssige Phase Gas 0% 190 C 220 C Reaktionszeit (h)

17 Produktverteilung - MF 100% 100% 75% 75% 50% 25% Kohle 50% 25% 0% Kohle (fest) flüssige Phase Gas 0% 190 C 220 C Reaktionszeit (h)

18 2,0 atomares Verhältnis H/C 1,5 1,0 0,5 Roh EFB 190 C EFB 220 C EFB Roh MF 190 C MF 220 C MF 0,0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 atomares Verhältnis O/C

19 Bewertung der Kohlen als Brennstoffe Kohle Brennwert (MJ/kg) Flüchtige Bestandteile Aschegehalt EFB - Roh 19,4 75,6 7, ,8 71,5 5, ,7 57,6 4,5 MF - Roh 19,8 73,5 9, ,8 64,2 7, ,4 55,7 9,4 Hohe Brennwert und niedrig Aschegehalt Vergasung oder Mitverbrennung Hohe Gehalt an Flüchtigen Bestandteilen Metallurgie (Vergasung)

20 Potenzial für Nährstoffrückgewinnung Nährstoffgehalt im Prozesswasser vom MF Konzentration von NH4 + und P (µg/l) NH C P 190 C NH C P 220 C Konzentration von K (µg/l)

21 Alternativen für die Anwendung der HTC-Kohle Aktivkohle z.b. gepresste Pulpe der Acrocomia Aculeata (Ölpalme) BET: 803,7 m 2 /g x10000 x30000 Gewinnung von Plattformchemikalie (z.b. HMF)

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!