Wässrige Extraktion von Biobrennstoffen. Bernhard Mötz, Jürgen Schlapschy, Klaus Jörg, Martin Weigl

Transkript

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2 Wässrige Extraktion von Biobrennstoffen Bernhard Mötz, Jürgen Schlapschy, Klaus Jörg, Martin Weigl

3 Biomasselagerung 3

4 Fragestellungen Beeinflusst längere Lagerung unter freiem Himmel die Brennstoffeigenschaften von Biomasse? Veränderung des Heizwerts Veränderung des Aschegehalts Veränderung der korrosions- und emissionsbildenden Anteile 4

5 Fragestellungen Welche Belastung bedeutet dies für das abfließende Regenwasser? Anreicherung mit Schwermetallen Ionengehalt 5

6 Ansatz Simulierte bewitterte Lagerung von verschiedenen Biomassesorten durch Bewässerung mit Kalt- bzw. Heißwasser. -> Aufbringung einer, auf den Zeitraum bezogenen, hohen Wassermenge Lagerung unter gleichen Bedingungen mit natürlicher Bewässerung durch Regenniederschlag. 6

7 Versuchsplanung Hackgut von vier verschiedenen Biomassesorten Buche (Fagus sylvatica) Fichte (Picea abies) Nadelholzrinde Sida (Sida hermaphrodita) 7

8 Versuchsplanung Drei verschiedene Bewässerungsarten: Kaltwasser (~20 C) Heißwasser (~65 C) Regenniederschlag 8

9 Versuchsaufbau Materialien in doppelbödige Behälter gefüllt (h=60cm) Buche, Fichte und Rinde in Fässer Füllvolumen = 0,25m 3 Sida in Kunststoffwanne Füllvolumen = 0,637 m 3 60cm 9

10 Versuchsaufbau 10

11 Versuchsdurchführung Laufzeit: 29 Tage Bewässerung: 3x wöchentlich mit 6 L Wasser (Buche, Fichte, Rinde) bzw. 15 L Wasser (Sida) Verhältnis Biomasse : Wasser jeweils ca. 42:1 Probennahme: 4 Probennahmen (Tag 1, 10, 20, 29) Feststoff: Mischprobe aus 3 Entnahmebereichen Eluat: Entnahme des durchlaufenden Wassers 11

12 Laboranalysen Biomasse: Wassergehalt Heizwert Elementaranalyse (C,H,N) Aschegehalt Flüchtige Komponenten Gehalt an Chlor, Schwefel, Nitrat und Nitrit Eluate: Leitfähigkeit ph Wert Ionengehalte F -, Cl -, SO 2-4, PO 3-4, NO - 3, NO 2 - Na +, K +, Mg 2+, Ca 2+ Schwermetalle Cu, Zn, Ni, Cd, Pb, Cr 12

13 Ergebnisse - Biomasse Zeitliche Veränderung des Heizwertes bei künstlicher Bewässerung - Rohfeuchte Wiederholgrenze laut DIN 51900: 0,12 MJ/kg MJ/kg 14,0 Fichte 12,0 Buche 10,0 Sida 8,0 Rinde 6,0 Kaltwasser MJ/kg 14,0 Fichte 12,0 Buche 10,0 8,0 Rinde 6,0 Sida Heißwasser 4,0 4,0 2,0 2,0 0,0 0,0 13

14 Ergebnisse Biomasse Zeitliche Veränderung des Heizwertes bei künstlicher Bewässerung - Trockensubstanz Wiederholgrenze laut DIN 51900: 0,12 MJ/kg 19,5 MJ/kg Kaltwasser 19,5 MJ/kg Heißwasser 19 18,5 18 Fichte Rinde Buche 19 18,5 18 Fichte Rinde Buche 17,5 17 Sida 17,5 17 Sida 16,5 16,

15 Ergebnisse - Biomasse Zeitliche Veränderung des Aschegehalts bei künstlicher Bewässerung. Wiederholgrenze laut ÖNORM EN 14775: 0,2% absolut w-% 4,5 Rinde 4 Kaltwasser 4,5 4 Rinde Heißwasser 3,5 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Fichte Sida Buche 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Fichte Sida Buche 15

16 Ergebnisse - Biomasse Zeitliche Veränderung des Chlor- / Schwefelgehalt bei Kaltwasserextraktion. Wiederholgrenze laut EN 15289: 0,001 w-% w-% Chlorgehalt w-% Schwefelgehalt 0,02 0,06 0,016 0,012 Rinde Fichte 0,05 0,04 0,03 Sida Rinde Fichte 0,008 0,004 0 Sida Buche 0,02 0,01 0 Buche 16

17 Ergebnisse - Biomasse Zeitliche Veränderung des Chlor- / Schwefelgehalt bei Heißwasserextraktion. Wiederholgrenze laut EN 15289: 0,001 w-% 0,02 w-% Chlorgehalt 0,06 w-% Schwefelgehalt 0,016 0,012 0,008 0,004 Rinde Fichte Sida 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 Rinde Sida Buche Fichte 0 Buche 0 17

18 Ergebnisse - Biomasse Zeitliche Veränderung des Heizwertes/Aschegehalts bei natürlicher Bewässerung mittels Regenniederschlag. Wiederholgrenze laut DIN 51900: 0,12 MJ/kg absolut MJ/kg Heizwert 19,5 Fichte 19 Rinde 18,5 Buche 18 Sida 17, ,5 Wiederholgrenze laut ÖNORM EN 14775: 0,2 w-% w-% 4,5 Rinde 4 3,5 3 2,5 Sida 2 Fichte 1,5 1 Buche 0,5 0 Aschegehalt 18

19 Ergebnisse - Biomasse Zeitliche Veränderung des Chlor- / Schwefelgehalt bei natürlicher Bewässerung mittels Regenniederschlag. Wiederholgrenze laut EN 15289: 0,001 w-% w-% 0,025 Chlorgehalt w-% 0,06 Schwefelgehalt Rinde 0,02 0,05 Rinde 0,015 0,04 Sida 0,01 0,005 Fichte Sida 0,03 0,02 0,01 Fichte Buche 0 Buche 0 19

20 Ergebnisse - Biomasse Kohlenstoffgehalt leichter Anstieg Stickstoffgehalt leichter Anstieg, allerdings kein klarer Trend Wasserstoffgehalt leichter Verlust Flüchtige Bestandteile keine Veränderung Nitrat/Nitrit keine Veränderung 20

21 Ergebnisse Eluate Bestimmungsgrenzen Ion Bestimmungs -grenze Grenzwert Fluorid 0,02 mg/l 20 mg/l Chlorid 0,07 mg/l - Nitrit 0,12 mg/l 10 mg/l Nitrat 0,10 mg/l - Sulfat 0,07 mg/l 200 mg/l Phosphat 0,14 mg/l - Natrium 0,30 mg/l - Kalium 0,18 mg/l - Magnesium 0,11 mg/l - Calcium 0,17 mg/l - Schwer metall Bestimmungs -grenze Grenzwert Kupfer 0,01 mg/l 0,5 mg/l Nickel 0,01 mg/l 0,5 mg/l Blei 0,01 mg/l 0,5 mg/l Zink 0,01 mg/l 2 mg/l Cadmium 0,001 mg/l 0,1 mg/l Chrom 0,01 mg/l 0,5 mg/l Grenzwerte laut Allgemeiner Abwasseremissionsverordnung (BGBl. Nr. 186/1996) zur Einleitung in eine öffentliche Kanalisation. 21

22 2,95 4,55 2,87 2,33 8,69 11,43 0,03 0,02 0,01 0,03 0,02 143,58 168,30 Ergebnisse - Eluate Buche - künstliche Bewässerung ph-wert: 6,5-7,8 Leitfähigkeit: µs/cm 25 C mg/l Ionengehalte mg/l Schwermetalle Chlorid Sulfat Phosphat Kalium Kaltwasser Heißwasser 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Kupfer Nickel Blei Zink Sämtliche Werte durch Abzug von Blindwertmessungen korrigiert. Nicht angezeigte Parameter lagen unter der Bestimmungsgrenze. 22

23 0,33 5,69 0,01 0,03 0,01 0,02 0,01 0,01 18,80 20,05 0,08 0,05 0,20 75,46 82,80 143,45 160,54 Ergebnisse - Eluate Fichte - künstliche Bewässerung ph-wert: 6,5-8 Leitfähigkeit: µs/cm 25 C mg/l Ionengehalte mg/l 0,60 0,50 Schwermetalle Kaltwasser Heißwasser 0,40 0,30 0,20 0,10 0 Chlorid Sulfat Phosphat Kalium Magnesium 0,00 Kupfer Nickel Blei Zink Chrom Sämtliche Werte durch Abzug von Blindwertmessungen korrigiert. Nicht angezeigte Parameter lagen unter der Bestimmungsgrenze. 23

24 3,62 2,41 14,23 18,87 0,02 0,01 0,02 0,11 0,09 0,06 45,78 55,47 121,26 138,92 0,46 0,49 Ergebnisse - Eluate Rinde künstliche Bewässerung ph-wert: 5,8 6,5 Leitfähigkeit: µs/cm 25 C mg/l Ionengehalte Chlorid Phosphat Kalium Magnesium Kaltwasser Heißwasser mg/l 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Schwermetalle Kupfer Nickel Blei Zink Sämtliche Werte durch Abzug von Blindwertmessungen korrigiert. Nicht angezeigte Parameter lagen unter der Bestimmungsgrenze. 24

25 3,25 2,77 3,64 0,91 0,90 1,01 5,30 0,00 0,02 0,02 0,01 11,94 17,25 168,37 159,48 Ergebnisse - Eluate Sida - künstliche Bewässerung ph-wert: 7,8 8,7 Leitfähigkeit: µs/cm 25 C mg/l Ionengehalte Kaltwasser Heißwasser mg/l 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Kupfer Schwermetalle Blei Sämtliche Werte durch Abzug von Blindwertmessungen korrigiert. Nicht angezeigte Parameter lagen unter der Bestimmungsgrenze. 25

26 Ergebnisse Zusammenfassung Biomasse Größtenteils keine signifikanten Änderungen der Brennstoffeigenschaften unter den gewählten Lagerbedingungen. Ausnahmen: Verringerung des Chlorgehalts von Rinde bei Bewässerung mit Heißwasser und Regenniederschlag. Geringfügige aber kontinuierliche Senkung des Aschegehalts von Rinde bei allen Bewässerungsarten. 26

27 Ergebnisse Zusammenfassung Eluate Keine übermäßigen Belastungen der Abwässer mit Schwermetallen. Allerdings durchgehend hoher Kaliumgehalt, sowie ein höherer Phosphatgehalt bei Fichte und Rinde. Für beide Parameter besteht kein Grenzwert laut Allgemeiner Abwasserverordnung. 27

28 Bernhard Mötz Tel. +43/1/