Pflanzenkohle durch hydrothermale Carbonisierung: ein neues Verfahren zur CO 2 Bindung und effektiven Energiegewinnung

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Falko Frei
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1 Pflanzenkohle durch hydrothermale Carbonisierung: ein neues Verfahren zur CO 2 Bindung und effektiven Energiegewinnung Markus Antonietti Max Planck Institute of Colloids and Interfaces Research Campus Golm, D Potsdam

Energiegewinnung Markus Antonietti Max Planck Institute

2 Das CO 2 -Problem aus der Sicht des Chemiker Welt Öl Produktion 4 km 3 jetziger Wert 2.5 Trillion US $ / 1.5 Billionen Euro das Geld geht großteils in politisch unstabile Systeme Verbrennung von Öl erzeugt 15 GT CO 2 pro Jahr -- > Klimawandel Welt-Biomasseproduktion 120 km 3 /Jahr 6,7 % sind genug, um fossile CO 2 Erzeugung zu komp. 11 % der Biomasse sind bereits landwirtschaftlich Persönlicher Fussabdruck: ca 2-3 tonnen

5 Billionen Euro das Geld geht großteils in politisch unstabile Systeme Verbrennung von Öl erzeugt 15 GT

3 ydrothermale Carbonisierung? Eine Technik, Zucker und Biomasse in Monomere in Polymere in Schwarzboden / Torf / Braunkohle / Kohlenstoffprodukte zu verwandeln alles in Wasser

4 Eine kleine Geschichte der TC 1544 Valerius Cordus 1592 Balthasar Klein 1913 Friedrich Bergius beschrieb schon die Elementarschritte der hydrothermalen Carbonisierung

5 TC II Funktioniert durch Wasserabspaltung aus Kohlehydraten - bei 180 C 200 C - für 4 16 h s - C 6 12 O 6 C 6 6 O O C 6 2 O+ 5 2 O - billig ( ca /kg für Zucker / 70 /ton Bioabfall) - Führt zu nützlichen Nanostrukturen - Mit nützlicher Oberflächenchemie

6 ydrothermale Carbonisierung : ein exothermer Prozess mit CE = 1 C 6 12 O 6 40 C, 5 d 2 C 2 5 O + 2 CO KJ/mol 2720 kj C 6 12 O 6 40 C, 21 d 3 C CO kj C 6 12 O 6 TC 200 C, 12 h C 6 2 O O ca kj

KJ/mol 2720 kj C 6 12 O 6 40 C, 21 d 3 C 4 + 3 CO 2

7 MS: Carbonaceous structures to be made: (all from glucose/starch/biomass)

8 Zucker/ Biomasse? Zucker/Stärke ist nachhaltig, aber Nahrung.. geschätzter Preis für C-produkte 0.5 /kg, das ist deutlich unterhalb der Petrochemie/ Ruße Geht das auch mit Abfall-Biomasse? dann: /kg Anwendungen: Strassenbelag, Beton, Bodenverbesserung

5 /kg, das ist deutlich unterhalb der Petrochemie/ Ruße Geht das

9 Was für Biomasse? Agrarindustrielle Bioabfälle : Zuckerrüben (5Mt) Rapsstroh (20 Mt), Klärschlamm, Faulschlamm (10 Mt), Orangenschalen (2Mt) Kostenschätzung /Tonne selbst ein Industrieland wir Deutschland kann durch seine Landwirtschaft 25 % seiner CO 2 Produktion kompensieren!!!

Klärschlamm, Faulschlamm (10 Mt), Orangenschalen (2Mt) Kostenschätzung

10 Kiefernnadeln vor der TC

11 Kiefernnadeln nach TC

12 Zusammensetzung Kohle Landwirtschaftliche Biomasse (Sachsen) % C, % N, % S verb = 29 MJ/kg Bioethanol-Reste /efekuchen 72 % C, 1 % (4%) Asche, 0.3 % (0.6%) S, 4.6 % N, verb = MJ/kg Grüne Tonne /Lippe 1,1 % P 2 O 5, 0,2 % K 2 O, 0.4 % MgO, % N 4, verb = 29 MJ/kg keine Aromaten!!!

6 % S verb = 29 MJ/kg Bioethanol-Reste /efekuchen 72 % C, 1 % (4%) Asche, 0.

13 Zusammensetzung Wasserphase Bioethanol-Reste /efekuchen 7, 5 % Trockenmasse / dry mass 6.1 % löslicher Kohlenstoff, soluble carbon 0.26 % K 0.14 % S 0.15 % P

14 erstellung von Kohlenstoff Schwämmchen Ganz klein: keine Erinnerung an die Bio-Textur

15 Pine Cone Pine Needles pine cone hydrothermally treated 200C pure pine cone from Markus garden pine needles hydrothermally treated pine needles markus garden Volume ( ml/g) Volume (ml/g) ,2 0,4 0,6 0,8 1 Relative pressure (P/Po) Straw Straw hydrothermally treated at 200C pure straw from Cecile s rabit 0 0 0,2 0,4 0,6 0, Relative Pressure (P/P0) Oak tree leaves oak leaves hydrothermally treated oak leaves from markus garden Volume ( ml7g ,2 0,4 0,6 0,8 1 Relative pressure P/P0 Volume (ml/g) ,2 0,4 0,6 0, Relative pressure P/P0

at 200C pure straw from Cecile s rabit 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1-10 90 80 Relative Pressure (P/P0) Oak tree leaves oak leaves hydrothermally treated oak leaves from

16 What type of Carbon : It is in your hands. ere::chimaira technology a) b) 1µm 1µm c) d) Equilibrium concentration on Carbon, qe, mg/g Pure-C 1AcA-C 2AcA-C 5AcA-C 10AcA-C Equilibrium solution concentration, Ce, mg/l 1µm 1µm O O O O O O O -3 O 2 O O O O O C COO O Rezan Demir Cakan, Niki Baccile, MA,MMT O - 2 O O O O O - 2 O O O O O O O carbonization O O

250 200 150 100 50 0 Pure-C 1AcA-C 2AcA-C 5AcA-C 10AcA-C 0 200 400 600 800 1000 Equilibrium solution

17 Was tun mit so viel Kohlenstoff? 4 km3 C Klassisch: Verbrennung igh-tech: Industrieller Rohstoff wegwerfen: Bodenverbesserer

18 Terra Preta Thanks to Dr. agr. aiko Pieplow

19 Jenseits der Chemie: Was man noch mit so viel Kohlenstoff tun kann: wegwerfen!! (and so eine Kohlenstoff-Senke erzeugen) terra preta dos indios erzeugt Fruchtbarkeit (e.g.: Johannes Lehmann) - Wert der CO 2 Entsorgung: $ /t (Intergov. Panel of Climate Change), im Moment 20 $/ t europäischen CO 2 Börse 70 $/t Carbon

20 Eine mutige Vision: (ydrothermale) Karbonisierung und Terra Preta als ein aktives Element des CO 2 -Zyklus Fruchtbarkeit und biologischer Mehrwert Daneben: Carbon materials und Treibstoffe 2 Millionen Maschinen in einer dezentralen Weise (5000 T umus/year, 1 /10 km 2 Wohl neben Kläranlagen und Reststoffhöfen Klima Management anstelle von Klima-Verbrauch

materials und Treibstoffe 2 Millionen Maschinen in einer dezentralen Weise (5000 T

21 Zusammenfassung ydrothermale Carbonisierung - gut für Abfall Biomasse - Kohlenstoff Nanostrukturen mit interessanter Oberflächenfunktionalität -ChemienochvielPotential - einfache und preiswerte Verdichtungstechnologie, mit der sich zumindest große Teile des CO 2 - Klimaproblems behandeln lassen

22 Wir können Negativ denken!

23 Vergleich der TC mit anderen Biomasse-zu-Energie-Umwandlungstechniken

24 Lawinen Modell der Reaktionsfolge O O O O O O O O O O Glucose C 6 12 O 6 5-MF C 6 6 O 3 Diels-Alder reactions towards Phenols Disproportionation/Polymerization towards polyfuranes Carbonyl Shift/ Polymerization towards polyaldehydes

25 Business Options /Geschäftsmöglichkeiten Brennkohle / Kohlepellets/Chemie Grillkohle /BBQ Bodenverbesserer /uminstoffe Euro/t Euro/t Kohle als chemischer Grundstoff (S, N, K, P.) z.. für BtL, carbothermale Reduktion etc.. Dünger, Rohstoffe 500 Euro/t Sorptionskohle zur Reinigung Euro /t Gebäudeisolierung 2000 Euro/t Betonzuschläge, Strassenbelag Euro/t Markt: ca. 200 x 10 9 Euro /Jahr

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