HYDRO-/VAPOTHERMAL CARBONIZATION. Schlüsseltechnologie in der Weltweiten Abfallbehandlung

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1 HYDRO-/VAPOTHERMAL CARBONIZATION Schlüsseltechnologie in der Weltweiten Abfallbehandlung

2 Was ist HTC? Hydrothermale Karbonisierung ist die Konversion von Biomasse zu Biokohle und Wasser in einem geschlossenen System unter Wärme und Druck Technische Parameter: HTC erfolgt bei einer Temperatur von 220 C und einem Druck von 22 bar oberhalb der Dampfdruckkurve in Wasser. HTC ist ein chemisch-physikalisches Verfahren. Der Prozess ist exotherm: (Zucker: C 6 H C + 6 H 2 O) Wärme wird durch Spaltung von Kohlehydratketten in Kohlenstoff und Wasser frei. Die Karbonisierung erfolgt in sehr kurzer Zeit (2 12 h) Fast 100 % des Kohlenstoffs und ca. 2/3 der Energie werden durch die Umwandlung in Kohle konserviert und lagerfähig.

3 Function of Basismodule

4 Kontinuierlich arbeitendes HTC Basismodul Dieses Basis-Modul ist die kleinste Reaktoreinheit (10t/d Biomasse-Eingang), die modular für die Biomasse Menge des Kunden erweitert werden kann. Es ist für einen einfachen Transport auf einem 40" Container-Rahmen aufgebaut.

5 Technische Daten des Basismodul`s ca. 2,5 m³ Reaktorvolumen, ca. 6h Aufenthaltszeit in der Anlage > 10 t Biomasse Input mit % (TM)-Befüllung je Tag ca. 1-2 t/d Kohleertrag (eine Steigerung um % ist möglich) ca. 4-6 m³/d Prozesswasser mit den Mineralien des Eingangsmaterials max. Prozessdruck 30 bar, max. Prozesstemperatur 250 C Abmessungen ohne Peripherieanlagen: 12,1m x 2,5 m x 2,8 m; Höhe Transportierbar in einem 40 Container und modular erweiterbar Ein effektives Wärmemanagement, nur Isolationsverluste werden ersetzt 2 elektrische und 1 mechanisches Sicherheitssystem intelligente SPS-Kontrollsysteme Alarmmeldungen per SMS oder

6 Energiebilanz über Betriebsstunden im Jahr ~ 225 MWh el. ~ MWh el Nach der Kohlevergasung t/a Biomasse 30% DM* HTC-Reactor ca t/a Biokohle 90% DM* *DM= dry matter content ~ MWh therm ~ MWh therm Nach der Kohlevergasung

7 Prozesswasser Umfassendes Fließdiagramm Kohle - Wassertrennung Source:aid.de div. Bioabfälle HTC-Reactor Kohle Source: Gasnutzung in einem Gasmotor Strom und Wärme by GRENOL GmbH Holz / Kohlevergaser Reinigung mit Wasserpflanzen Oder Düngerproduktion

8 Umfassendes schematisches Fließschema

9 Platzbedarf für die HTC-Anlage und die Peripherie ~ 1500 m² Fläche für eine HTC-Anlage mit einer Tagesleistung von t und einer Biokohleproduktion von bis 2000 t/a

10 Was ist VTC? Die Vapothermale Karbonisierung ist ein aus der HydroThermalen Karbonisierung abgeleitetes Verfahren, das unterhalb der Dampfdruckkurve bei ca. 200 C operiert. Die Reaktion erfolgt in einer dampfhaltigen Atmosphäre im Sattdampfbereich. Der Vapothermale Karbonisierungsprozess kann nur im Bachbetrieb erfolgen. KS-VTCtech Die Biomasse kann hier relativ grob sein und auch größere Fremdstoffe enthalten. Eine pastöse oder zu feine Biomasse ist besser für HTC geeignet (< 15 % TM). Der Feuchtegehalt der Biomasse kann von trocken bis feucht (> 15% TM) sein. Die Biokohle sollte bei Lagerung nach der Karbonisierung weiter getrocknet werden.

11 Durch die Bauart der VTC Anlagen ist eine Verstopfung von Rohrleitungen, Pumpen usw. ausgeschlossen. Linkes Foto: gekippte Karbonisierungslore, große Einfüllöffnung große Entleerungsöffnung Rechtes Foto: KS-VTCtech eingefahrene Lore Versuchsreaktor mit Sicherheitsarmaturen im Container für weltweiten Einsatz. Theoretische Durchsatzleistung beträgt 700 m³/a Diese Versuchsanlage hat ein Karbonisierungsvolumen von ca. 500 Litern Der Reaktor kann bis 25 bar betrieben werden. Die Temperatur beträgt dann 224 C. Nach dem Verschließen des Reaktors wird die Anlage gestartet und läuft dann automatisch

12 Durchsatzleistungen schon konstruierter Anlagengrößen Anlagen mit einem Reaktor: Anlagen mit zwei Reaktoren Anlagen mit 4 und mehr Reaktoren 700 m³/a m³/a m³/a m³/a m³/a m³/a KS-VTCtech m³/a m³/a m³/a m³/a m³/a m³/a m³/a m³/a m³/a m³/a m³/a m³/a m³/a 6R m³/a 8R Diese Auflistung zeigt die großen Variationsmöglichkeiten der VTC-Anlagen

13 Beispiel einer großen VTC Anlage für China KS-VTCtech VTC Anlage zur Verarbeitung von m³/a

14 Beispielhafte biogene Abfälle die in der VTC verarbeitet werden können KS-VTCtech Bild oben: Essenreste im Anlieferzustand Bild rechts: Essenreste nach der Befüllung

15 Versuche in Rudong, China, Handsortierte biogene Abfälle aus Hausmüll Bild links: Essenreste aus einer chinesischen Mensa KS-VTCtech Bild oben: Die hier abgebildete Biomasse stammt aus dem Hausmüll einer Großstadt und war schon von Hand grob vorsortiert. Bild rechts: Mit verschiedensten Biomassen gefüllter Karbonisierungsbehälter

16 KS-VTCtech Bild oben: Essenreste nach ca. 3 h Karbonisierungszeit Bild oben rechts: Biokohle aus den ER nach Handsortierung Bild rechts: Aus der Biokohle aussortierte Grobstoffe

17 Biokohletrocknung an der Luft Relativ saubere Biokohle KS-VTCtech Relativ verschmutzte Biokohle In Ermangelung einer Trocknungs- Anlage wurde die Biokohle an der Luft getrocknet.

18 KS-VTCtech Bild oben: Handsortierung der Biokohle Bild oben: Pelletierte Biokohle Bild links: Biokohlepellets in der Monoverbrennung

19 Verwendung 1: Umwandlung von Biokohle zu Strom und Wärme Dosieren und Vorheizen der Biomasseabfälle HTC Biomassereaktor oder VTC Biomassereaktor Biomasseabfall Vergasung + Kraft/Wärme-Kopplung Prozesswasserabscheider Steuersystem und Wärmemenagement HTC/VTC-Biomasse-Veredelung CO 2 -neutrale Biokohle Vergasung + KWK Generator HTC/VTCwasser HTC/VTC-Dünger

20 Verwendung 2: Umwandlung von Klärschlamm Kanalisation Sandfang Vorklärung Belebungsanlage Nachklärbecken Rechenanlage Steigerung der Methanproduktion durch HTC - Prozesswasser Schlamm Vorfluter - Thermische Entsorgung - In die landwirtschaftliche Verwertung Zentrifuge Sludge Rechengut & Sand HTC-Reactor 220 C & 22 bar Faulbehälter HTC - Wasser Humus Biokohle Hormonund Antibiotika frei

21 Verwendung 3: Details der zusätzlichen Produktion von Biomasse oder Eiweißfutter als CO 2 -Senke in Kombination mit Gewächshäusern mit kaskadierenden Wasserbecken CO 2 Ungenutzte Biomasse HTC-Reaktor 220 C & 22 bar Biokohle CO 2 -neutral CO 2 Prozesswasserreinigung Quell: Internet Zusätzliche Biomasseproduktion Gewächshaus

22 Versuche als Bodenhilfsstoff auch Terra Preta genannt - mit Produkten aus der HydroThermalen Karbonisierung Versuche zur Entwicklung als Bodenhilfsstoff mit humusartigen Materialien aus der hydrothermalen Karbonisierung wurden mit Erfolg in den letzten Jahren durchgeführt. Die Entwicklung zu einem Marktniveau geht in Zusammenarbeit mit einigen lokalen landwirtschaftlichen Instituten sehr gut voran.

23 Geschlossener Kreislauf des GRENOL Abfall-Managements Industrie und Siedlungsabfälle GLAS Papier METALL Bauschutt PLASTIC Biomüll, Lebensmittelabfälle Grünabfall Klärschlämme Sortierung HTC/VTC DEPOLIMERISATION Kohle und Wasser Düngemittel DIESEL CO 2 ENERGIE & Wärme/Kälte

24 Welche Stoffe können wir mit unseren Anlagen karbonisieren? Speisereste + Biotonneninhalte Erntereste Org. Abfälle aus MBA Mit groben Störstoffen alle Biogene KS-VTCtech Reststoffe Pferdemist Gärreste Straßenbegleitgrün Gewässerbegleitgrün Landschaftspflegematerial Treber/Trester Grünschnitt Auch Mischungen dieser biogenen Reststoffe können gemeinsam karbonisiert werden. Es eignen sich praktisch alle organischen Materialien

25 Unterschiede der HTC vs. VTC Die VTC Technologie ist in Aufbau und Funktion erheblich einfacher als die HTC Technologie und benötigt weniger Vorbereitung der Biomassen. Dafür kann mit der HTC - Technologie eine bessere Biokohle (Designerkohle) produziert werden. Man hat mehr Eingriffsmöglichkeiten in den Prozess und kann somit im kontinuierlichen Prozess günstiger mehr Kohle + Energie produzieren. Mit beiden Technologien lassen sich sehr große Mengen Biokohle in kurzer KS-VTCtech Zeit aus jeder Art und Größe von Biomassen herstellen. Im Besonderen kann die VTC Technologie biogene Abfälle aus folgenden Bereichen sehr gut karbonisieren: Die komplette Biotonne aus kommunalen Sammlungen Aussortierter biogener Abfall aus MBA s Grobrückstände aus Kompostierungsanlagen, Siebüberläufe etc. Waldrestholz, Baumrinde und sonst. minderwertige Baumbestandteile Abfälle aus der Palmölherstellung und den Ölpalmenplantagen Mischfraktionen aus allen möglichen biogenen Reststoffen

26 Vorteile der HTC/VTC-Technologie - auch Hydrolyse genannt 1. Vorteile in Bezug auf die Biomassen: Jede Biomasse, nass oder trocken, kann verarbeitet werden. Jede Mischung aus nassen oder trockenen Biomassen können verarbeitet werden. Fossile Ressourcen werden erhalten (Erdöl, -gas, Kohle und Torf) Keine Biomasse-Konkurrenz zur Nahrungsmittelindustrie!! Kein Ackerland wird extra dafür verwendet oder blockiert. 2. Leistungen im Bereich Abfallwirtschaft : Die HTC/VTC-Technologie schließt den Abfallkreislauf und bietet eine klima- und umweltfreundliche Möglichkeit, alle organischen Abfälle z.b. auch aus städtischen Gebieten, zu verarbeiten. Dezentral Lösung für die weltweite Abfallwirtschaft Hilft eine Ausbreitung von Krankheiten durch Siedlungsabfälle zu verhindern durch absolute Hygienisierung jeder Biomasse HTC + VTC sind sehr platz- und energiesparende Technologien

27 Vorteile der HTC/VTC-Technologien 3. Vorteile des Umwandlungs-Prozesses (Hydrolyse): Im Gegensatz zur Vergärung oder Fermentation, ist die GRENOL Technologie ein physiko-chemischer und kein biologischer Prozess, der jederzeit angehalten und später fortgesetzt werden kann. HTC+VTC ist wesentlich Kohlenstoff-effizienter als jedes herkömmliche oder bekannte Verfahren, nahezu 100% Kohlenstoff und ca. 2/3 der Energie bleiben erhalten. Keine Freisetzung von CO 2 oder Methan. Hygienische Vorteile: Pathogene, Hormone, Antibiotika, Pestizide und andere schädliche Verbindungen werden im Prozess zerstört. 4. Vorteile des Anlagenbaus: - HTC+VTC erfolgen in einem geschlossenen System (Anlagen). - Kompaktgeräte ermöglichen dezentrale Installationen - Gut etablierte Komponenten des üblichen Maschinenbaus - Einfache mechanische Handhabung der Biomassen und der überwiegend automatisierten Prozessführung der Anlagen

28 Vorteile dieser Karbonisierungs-Technologie 5.Vorteile in Bezug auf die Leistung der Biokohle-Prozesse: Für die erzeugte Biokohle gibt es ein breites Anwendungsspektrum: - Biokohle gemischt mit Kompost als Humus und Bodenverbesserer, - Biokohle-Pellets/Briketts als leicht speicherbare Energie, chemische Vorprodukte, Absorber-/Aktivkohle, Isolationsmaterialien usw. Das Prozesswasser enthält wertvolle Bestandteile (Nährstoff Ionen) der Input-Biomassen, diese können für die Produktion zusätzlicher Biomassen in großen Mengen bei hoher Wachstumsgeschwindigkeit (Wasserpflanzen) verwendet werden und somit als Kohlenstoffsenke dienen oder zum handelsfähigen Dünger mittels der Technik der Unterdruckdestillation aufkonzentriert werden (N/S Einzel- und P,K, Ca, Mg, Mn... Grunddünger). Das Schwarzwasser und der Humus aus der Biokohle kann für Steppen-/ Wüstenregionen zur Begrünung von degradierten Böden sehr nützlich sein.

29 Schlussfolgerungen Die GRENOL HTC/VTC-Technologien sind neue alternative Verfahren, um organische Abfälle auf umweltfreundliche und wirtschaftliche Art und Weise zu verarbeiten und den Nährstoff- und C-Kreislauf der Abfallwirtschaft zu schließen. Die GRENOL HTC+VTC-Technologien sind eine bequeme und preiswerte Möglichkeit, für die Veredelung" von allen weltweit und dezentral anfallenden organischen Abfällen. Der GRENOL HTC/VTC Reaktor ist Teil eines Gesamtkonzepts zur dezentralen Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie.

30 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Winner 2012 Für weitere Informationen oder Fragen senden Sie uns eine an Kontaktadresse GRENOL Group Artzbergweg Ratingen / Germany Fon: Fax: Internet: