Hydrothermale Carbonisierung. Hydrothermale Carbonisierung Eine energieeffiziente Behandlung von Klärschlämmen und Bioabfällen

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1 Hydrothermale Carbonisierung Eine energieeffiziente Behandlung von Klärschlämmen und Bioabfällen Kompetenzzentrum Wasser Berlin 26. September 2013 Dipl. Ing. Klaus Serfass 1. Vorsitzender BV-HTC 1

2 Gründung des Verbands im Sommer 2011 Zu den Mitgliedern zählen alle relevanten Anlagenhersteller Übersicht zu den institutionellen Mitgliedern des BV-HTC Anlagenhersteller AVA-CO2 Schweiz AG CS CarbonSolutions GmbH Grenol GmbH Ingelia SunCoal Industries GmbH TerraNova Energy GmbH KIT THM FH Trier ZHAW Wissenschaft Sonstige ANS Be-coal Prof. Dr. M. Antonietti eurosolid energy Ingenieurbüro Serfass J. Schwark A. Spantig Total Systematix Veolia Wasser 2

3 Die aktuellen Arbeitsschwerpunkte des Verbands liegen in den Bereichen Brennstoffzulassung und -förderung 1. Brennstoffzulassung und normierung (einzelne Verbandsmitglieder sind am ZIM-NEMO Netzwerkprojekt Ko-Verbrennung mit dem ttz Bremerhaven beteiligt; geplanter Projektstart Juni 2013) 2. Allgemeingültige Klärung der End-of-waste -Eigenschaft von Biokohle aus Grün- und Bioabfällen nach der Veredelung 3. Nachweis der ökologischen Vorteilhaftigkeit der Verwertung biogener Reststoffe zu Biokohle ggü. konventionellen Verwertungswegen (Kompostierung, etc.) mit Unterstützung renommierter wissenschaftlich-technischen Einrichtungen 4. Erarbeitung von Vorschlägen zur Förderung der energetischen Nutzung von Biokohle 3

4 Durch die Carbonisierung wird der spezifische Energieinhalt der Biokohle erhöht Zusammensetzung von Carbonisierungsprodukten 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 1% 6% 42% 6% Bsp. Rindenmulch 1% 4% 32% 5% 0,3 0,2 0,1 0,0 58% 45% Rindenmulch Biokohle C-Gehalt H-Gehalt O-Gehalt A-Gehalt N-Gehalt Die Umwandlung eines Eduktes (z.b. Stroh oder Rindenmulch) führt zu einer Biokohlenmenge, die ca. 20% - 35% geringer ist als die Ausgangsmenge Aufgrund des höher konzentrierten Kohlenstoffs enthält diese geringere Menge Biokohle jedoch einen sehr hohen Energiegehalt

5 Die Produkte der HTC können sowohl als Energieträger wie auch als Bodenverbesserer genutzt werden Einsatzmöglichkeiten der Carbonisierungsprodukte Im Energie- und Wärmemarkt Als Bodenverbesserer Großfeuerungsanlagen Industrie Endverbraucher Mitkompostierung Vermischung mit Nährstoffen Kraftwerke Prozesswärme Hausbrand Nachträgliche Einbringung in Böden, die: Nährstoffarm, Heizkraftwerke stark verdichtet, arm an Bodenkohlenstoff Stadtwerke oder arm an Wasser sind 6

6 Eigenschaften der Biokohle MJ / kg Brennwerte des carbonisierten Materials im Vergleich mit Braun- und Steinkohle sowie Holzpellets (waf) Brennwerte Durch die Hydrothermale Carbonisierung wird eine Brennwertsteigerung in der Biokohle erreicht, so dass die Brennwerte weit über denen von Holz, aber auch von Braunkohle liegen. Sh. Tabelle: ² nach DIN von Heizwert auf Brennwert umgerechnet ³ Quelle: Biomasse aus Energie. Grundlagen, Technik und Verfahren. 2. 6

7 MJ / kg 35 Brennwertsteigerung des carbonisierten Materials im Vergleich Brennwertsteigerung Die Brennwertsteigerungen gegenüber den Ausgangsmaterialien gehen aus der Tabelle hervor: 0 7

8 Fazit: Durch die Hydrothermale Carbonisierung gelingt es, einen vormals nicht oder nur schwer nutzbaren Stoff in einen konditionierten, lagerstabilen und gut nutzbaren Brennstoff zu überführen. 8

9 Erforderliche Peripherieanlagen Jede Carbonisierungsanlage benötigt unabhängig vom Carbonisierungssystem folgende Peripherieanlagen: Biomasseaufbereitung Wärmeerzeugung Wärmetauscher Biokohle Entwässerung Biokohle Trocknung Prozesswasser - Aufbereitung Abluft - Aufbereitung Biokohle - Konfektionierung 9

10 Wichtige Peripherieanlagen Prozesswasseraufbereitung Die Schmutzbelastung der Prozesswässer ist mit einer CSB Belastung von bis mg CSB/L sehr hoch! Es gibt unterschiedliche System der Prozesswasseraufbereitung: Einleitung in eine öffentliche Kläranlage (Größe beachten) Biologische Reinigung (Rest CSB Belastung beachten) Fermentation mit nachgeschalteter biol. Reinigung Aktivkohlebehandlung Umkehrosmose Anlagen Aquapflanzenanlagen Firmenspezifische Anlagen (als Voll- oder Nachreinigung) (meist mehrstufig) (Biomasse kann in die HTC Anlage zurück) 10

11 Wichtige Peripherieanlagen Abluftreinigung je nach Art der Biomasse werden bei der Reaktion stark riechende Inertgase anfallen. Der wesentliche Anteil besteht aus CO 2. Je nach Biomassenart ist häufig auch ein hoher H 2 S Anteil zu finden! Eine Abluftreinigung ist je nach Aufstellort der Anlage und TA Luft Anforderungen unabdingbar. Biofilteranlage Aktivkohlefilter Abluftwäsche (bei hohen H 2 S Gehalten) Abluftverbrennung (wenn entsprechende Kesselanlage vorh.) Einleitung in eine Aquapflanzenanlage 11

12 Anlagensysteme verschiedener Hersteller AVA-CO2 Schweiz AG CS CarbonSolutions GmbH Grenol GmbH Ingelia S.L. SunCoal Industries GmbH TerraNova Energy GmbH Alle nachfolgend beschriebenen Systeme und Anlagenabbildungen basieren auf Vorlagen der o.g. Firmen! 12

13 Über AVA-CO2: Die Firma ist zu 100% im Privatbesitz Gründungsjahr: Mitarbeiter 3 Tochtergesellschaften (AVA-CO2 Forschung, AVA Energy B-W, AVA Biochem Forschungskooperation mit ZHAW Fokus Klärschlamm im Auftrag des BAFU Forschungskooperation mit KIT Grundlagenforschung Aktuelle Projekte: HTC-2: Eigene Anlage in Baden-Württemberg Klärschlamm Kläranlage Oftringen Auftrag für Projektentwicklung erhalten Klärschlamm 5 Aktuelle Projekte in Deutschland 1 Projekt in Russland mit unserem Partner CEEI 1 Projekt in den USA mit unserem Partner CEEI KWB Workshop September

14 Pilotanlage K Reaktoren à 335 Liter Seit 2009 HTC-0 Demonstrationsanlage 1 HTC-Reaktoren à Liter Seit Oktober 2010 HTC-1 Industrieanlage 2 HTC-Reaktoren à Liter Seit Oktober 2012 Technologie: Robustes Multi-Batch Verfahren Patentierte Prozesswasseraufbereitung Energiezufuhr: Sattdampf Über 95% Kohlenstoff-Effizienz KWB Workshop September

15 Hydrothermale Carbonisierung - mit dem Schnellkochtopf Energieprobleme lösen? CS CarbonSolutions GmbH CS-HTC90 zweistufiges, kontinuierliches Verfahren weltweit einzigartiges Verfahren mit einer Prozesszeit von nur 90 Minuten hoher Automatisierungsgrad und stabile Prozessführung hohe Durchsatzraten bei geringem Platzbedarf ausgereiftes Wärmenutzungskonzept Hohe Energieeffizienz Keine Schlammwärmetauscher! Schlämme mit hohem TR direkt verwendbar carbonpure umfassendes Lösungskonzept zur Prozesswasserbehandlung und nutzung flexible Integration in bestehende Prozesse Wertschöpfung durch Folgeprozesse 15

16 Hydrothermale Carbonisierung - mit dem Schnellkochtopf Energieprobleme lösen? CS CarbonSolutions GmbH Versuchsanlage am Standort Teltow Umsetzung der CS-HTC90 Technologie Industriell skaliert, ausgelegt auf to/a Im Betrieb seit 2010 BImSchG-genehmigt Anlagenfläche ca. 120m² Verarbeitung unterschiedlichster Biomassen Optimierte Anmischtechnologie für TR-Gehalte >> 20% Leistungen von carbonsolutions Konzeptionierung und Lieferung von kompletten HTC-Anlagen Lösungen für alle Schnittstellen Betreibermodelle für Kläranlagen 16

17 Grenol GmbH Grenol baut kontinuierlich arbeitende Carbonisierungssysteme in Rohrreaktoren Der GRENOL HTK-Demonstrationsreaktor in Kalkar / Deutschland. Kapazität: 1t Biomasse Abfälle pro Tag; Betrieb seit Dez

18 Bau des industriellen Basis-Moduls Stand August 2013 Fertigstellung des Gewächshauses zur Prozesswasserreinigung mittels aquatischer Pflanzen 18

19 Ingelia S.L. (Spanien) Fa. Ingelia baut kontinuierlich arbeitende Anlagen. Die Prozesswässer können in Spanien einer biologischen landwirtschaftlichen Nutzung zugeführt werden. Bei der Verwendung als Biochar wurde keine Phytotoxizität festgestellt. 19

20 20

21 SunCoal Industries GmbH Quasi-Kontinuierliches HTC Verfahren für alle vorbehandelten und zerkleinerten Biomassearten. Forschungszentrum der SunCoal Industries GmbH in Ludwigsfelde. Biokohleausstoß ca. 50 kg/h TR Die Forschungen und Entwicklungen, wie auch das Upscaling dieser Anlage sind soweit fortgeschritten, dass Industrieanlagen betriebssicher errichtet werden können 21

22 TerraNova Energy GmbH TerraNova hat sich auf die Carbonisierung von Klärschlämmen spezialisiert und ein Verfahren zur Ultra-Entwässerung von Klärschlamm entwickelt. Kontinuierlicher Rührreaktor Fa. TerraNova Das System besteht im Wesentlichen aus einem Rohr-Wärmetauscher und einem Rührreaktor. Die Klärschlämme werden Vorentwässert und dann über den Rohr- Wärmetauscher in den Reaktor eingebracht, im Gegenstrom wieder heraus genommen und abgekühlt. Die Biokohle wird dann in einer Kammer- Filterpresse, ohne Zugabe von Flockungshilfsmitteln auf bis zu 70 % TS entwässert. 22

23 Zusammenfassung Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Technologie der Hydrothermalen Carbonisierung heute schon soweit vorangeschritten ist, dass industriell zu betreibende Anlagen betriebssicher gebaut werden können. Leider müssen wir immer noch feststellen, dass die notwendigen politischen Weichenstellungen noch nicht realisiert wurden. Damit Deutschland auch weiterhin eine Vorreiterrolle in der Umsetzung von innovativen Technologien spielt, braucht es nicht nur für die bestehenden Technologien sondern auch für neue Ansätze wie die HTC die politische Unterstützung und entsprechende gesetzliche Regelungen 23

24 Ich bedanke mich für Ihre Aufmerksamkeit 24