Vorstellung REVATEC Verfahren. Präsentation im Rahmen der Grünen Woche 2011

Transkript

1 Vorstellung REVATEC Verfahren Präsentation im Rahmen der Grünen Woche 2011

2 durch Klicken bearbeiten Agenda 1 Vorstellung REVATEC GmbH und REVATEC-Verfahren 2 Einsatzbereiche der Biokohlen 3 Offene Fragen & Forschungsbedarf

3 durch Klicken bearbeiten Vorstellung REVATEC GmbH und REVATEC-Verfahren Die REVATEC befindet sich seit 2007 in einem kontinuierlich Entwicklungsprozess von einem Forschungsvorhaben hin zu einer industriellen Unternehmung Historie 2007 wurde ein Forschungsauftrag der DBU an eine Forschungsgemeinschaft der Fachhochschule Gießen Friedberg und verschiedenen mittelständischen Industriepartnern vergeben. Zielsetzung des Vorhaben war, das Konzept der Hydrothermalen Carbonisierung (HTC) auf einen möglichen industriellen Einsatz hin zu untersuchen sowie technische Entwicklungen abzuleiten und zu erproben Die Firma wurde 2007 im Zuge eines DBU-Forschungsauftrags als HydroCarb GmbH & Co. KG gegründet Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden im Frühjahr 2010 erfolgreich abgeschlossen. Die folgenden Aktivitäten beschäftigten sich mit der Weiterentwicklung des HTC-Verfahrens Anfang 2010 erfolgte eine Umgründung in die HydroCarb GmbH im Zuge der Aufnahme neuer Gesellschafter Ab Januar 2011 Umbenennung in REVATEC GmbH Tätigkeitsfelder Die REVATEC befasst sich mit der Erforschung, der Konstruktion, der Errichtung und dem Betrieb von Anlagen zur Hydrothermalen Carbonisierung (HTC) von verschiedenen Biomassen Kernkompetenzen der REVATEC sind die theoretische Auslegung, die anlagenspezifische Konzeptionierung der relevanten Komponenten sowie die Betriebsführung von HTC-Anlagen In der Verarbeitung sind die Anlagen auf die folgenden Biomassen (Edukte) ausgelegt: kommunale Grünabfälle, industrielle Reststoffe, Biomassen aus der Landwirtschaft/ Obstanbau etc.

4 durch Klicken bearbeiten 1 Vorstellung REVATEC GmbH und REVATEC-Verfahren Aufgrund ihres veränderten Aufbaus weist die Vapothermale Carbonisierung klare prozessuale und verfahrenstechnische Vorteile gegenüber der Hydrothermalen Carbonisierung auf Hydrothermale Carbonisierung (HTC) Die hydrothermale Carbonisierung ahmt die natürliche Inkohlung technisch nach Hier läuft die hydrothermale Reaktion im Wasserbad ab die Biokohle liegt bei der HTC während der Reaktion und bei der Entnahme als Suspension mit Wasser vor nach Ablauf des Prozesses muss das Wasser mechanisch von der Biokohle getrennt werden Aufgrund des Prozesses im Wasserbad entsteht ein hoher Energiebedarf das Prozesswasser dient a) als Reaktionspartner für die ablaufenden Reaktionen und b) zur Übertragung der Wärme die Wassermenge ist über den kompletten Reaktionszeitraum auf Reaktionstemperatur frisches Wasser wird ebenfalls auf Reaktionstemperatur aufgeheizt Die Aufheizzeiten beim HTC-System betragen aufgrund der großen Wassermenge und der spezifischen Wärmekapazität des Wassers min. 3/4h Vapothermale Carbonisierung (VTC) Die Vapothermale Carbonisierung (VTC) ähnelt der Hydrothermalen Carbonisierung sehr stark Anders jedoch als die HTC findet die Reaktion bei der Vapothermalen Carbonisierung nicht im Wasserbad, sondern in einer Wasserdampfatmosphäre statt Prozessuale und verfahrenstechnische Vorteile der VTC die Aufheizzeiten können durch den hochenergetischen Dampf (Temperatur: ca. 220 C, Druck: ca. 22 bar) auf ein Minimum reduziert werden der Carbonisierungszyklus wird dadurch stark verkürzt da die Reaktion nicht im Wasserbad stattfindet, muss weniger Wasser aufgeheizt werden dies führt zu einem erheblich niedrigeren Energiebedarf zudem werden dadurch die Abwassermengen reduziert und die Abwasseraufbereitung erheblich vereinfacht durch den geringeren Wassergehalt vereinfacht sich die Nachbearbeitung der Biokohle ein kompletter Arbeitsschritt (Entwässerung) kann dadurch eingespart werden

5 durch Klicken bearbeiten 1 Vorstellung REVATEC GmbH und REVATEC-Verfahren Die Konditionierung des Eduktes zu einer nutzbaren Biokohle geht mit einen Massenverlust einher trotz Massenverlust wird eine erhöhten Energiedichte erzielt Bsp. Rindenmulch 1% 6% Massenbilanz S Bildliche Darstellung 42% 1% 4% 6% 32% 5% 45% 58% Die Umwandlung von 1kg 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 (Kohlenstoffeffizienz bei ca. 90%)

6 1 durchund Klicken bearbeiten Vorstellung REVATEC GmbH REVATEC-Verfahren Aufnahmen der Forschungs- und Versuchsreaktoren im HTC-Forschungszentrum ( 1 / 2 ) 2,3 Liter Reaktor 70 Liter Reaktor

7 1 durchund Klicken bearbeiten Vorstellung REVATEC GmbH REVATEC-Verfahren Aufnahmen der Forschungs- und Versuchsreaktoren im HTC-Forschungszentrum ( 2 / 2 ) 3,2 m³ Reaktor 3,2 m³ Reaktor mit Kolbenpresse

8 1 durchund Klicken bearbeiten Vorstellung REVATEC GmbH REVATEC-Verfahren Aktuelle Planungszeichnungen der Revatec-Pilotanlage ( 1 / 2 ) Überblick der geplanten Pilotanlage

9 1 durchund Klicken bearbeiten Vorstellung REVATEC GmbH REVATEC-Verfahren Aktuelle Planungszeichnungen der Revatec-Pilotanlage ( 2 / 2 ) Draufsicht der Edukthalle Draufsicht der Reaktorenhalle

10 1 durchund Klicken bearbeiten Vorstellung REVATEC GmbH REVATEC-Verfahren Energiebilanz der Pilotanlage Systematische Übersicht der Energieströme Kommentar Berechnungsannahmen: Revatec-Anlage mit 2 Reaktoren Verarbeitung von 100 t Edukt in 5 Zyklen à 20 t Edukt mit 50% TS, Aschegehalt von 20%, Konversionsrate von 36% (worst case scenario) Der Gesamtwirkungsgrad des Prozesses (Produkt + Restwärme) liegt bei ca. 81% Der Verlustanteil von 19% beinhaltet auch exothermische Energie (>50%), die im Prozess wiederverwertet wird Der hohe Wirkungsgrad sowie die Exothermie ermöglichen einen geringen Einsatz (externer) Hilfsenergie

11 durch Klicken bearbeiten Agenda 1 Vorstellung REVATEC GmbH und REVATEC-Verfahren 2 Einsatzbereiche der Biokohle 3 Offene Fragen & Forschungsbedarf

12 2 Einsatzbereiche der Biokohle durch Klicken bearbeiten Die Biokohle kann sowohl als Energieträger als auch als Bodenverbesserer genutzt werden in beiden Bereichen bieten sich vielfältige Anwendungsoptionen im Wärmemarkt als Bodenverbesserer BlueCoal Großfeuerungsanlagen Kraftwerke Industrie Zementwerke Heizkraftwerke Stadtwerke TerraCoal Endverbraucher Hausbrand Mitkompostierung mit Grünschnitt und Landschaftspflegematerial Vermischung mit Nährstoffen und Kompost Nachträgliche Einbringung in Böden die : Nährstoffarm, stark verdichtet, arm an Bodenkohlenstoff oder arm an Wasser sind

13 2 Einsatzbereiche der Biokohle durch Klicken bearbeiten Anwendungsbeispiel: Landbauliche Verwertung von TerraCoal Kernaussagen und Thesen In Deutschland fallen jährlich erhebliche Biomassemengen an Bisher wurden biogene Reststoffe im Wesentlichen unter großem C Verlust kompostiert Das während der Kompostierung entstehende CO2 trägt erheblich zum Treibhauseffekt bei Die Carbonisierung der Biomassen und Einsatz auf landwirtschaftliche Flächen stellt eine klimaschonende Alternative dar Der Einsatz von Biokohle kann zu einer ausgeglichenen C-Bilanz, zur C-Sequestrierung und Verbesserung der Bodenqualität beitragen

14 2 Einsatzbereiche der Biokohle durch Klicken bearbeiten Aktuell liegen unterschiedlichste Erkenntnisse zur Eignung des Einsatzes von Biokohle im Landbau vor trotz des großen Interesses besteht weiterhin Forschungsbedarf Ergebnisse einer Studie an der Justus-Liebig-Universität, Gießen ( 1 / 2 ) Nach den durchgeführten Versuchen und Literaturangaben sind positive Wirkungen der Biokohle erst zu merken, wenn die frische Biokohle zu altern beginnt und sie mikrobiell besiedelt wird. Also ist eine zeitversetzte Wirkung der Biokohle zu erwarten Die größten Steigerungseffekte auf Biomassenerträge wurden vor allem dort gefunden wo sehr nährstoffarme, stark verdichtete oder trockene Böden untersucht wurden Die Zugabemenge in Komposte oder Substrate liegen bei ca. 1 8 % Quelle: Studie von Dr. Claudia Kammann (Justus-Liebig-Universität, Gießen) unter Förderung des HMULV, 2010

15 2 Einsatzbereiche der Biokohle durch Klicken bearbeiten Aktuell liegen unterschiedlichste Erkenntnisse zur Eignung des Einsatzes von Biokohle im Landbau vor trotz des großen Interesses besteht weiterhin Forschungsbedarf Ergebnisse einer Studie an der Justus-Liebig-Universität, Gießen ( 2 / 2 ) Zusammenfassung der wesentlichen Studienergebnisse Der Einsatz von Biokohle in der Landwirtschaft kann unter Beachtung verschiedentlicher Bedingungen positive wie auch negative Erfolge erzielen Tendenziell werden bessere und schnellere Ergebnisse erzielt, wenn Biokohle zusammen mit Grünschnitt oder anderen Biomassen kompostiert wird. Während der Kompostierung erfolgt eine Aufladung der Biokohle mit Nährstoffen Schlussfolgerungen Um keimungshemmenden Inhaltsstoffe zu reduzieren, sollten Biokohlen vor der Einbringung gelagert werden Die gemeinsame Kompostierung mit anderen Biomassen führt zu einer Verbesserung der erzeugten Bioerden Die Forschungen zur expliziten Bewertung Bezüglich der Treibhausgasemissionen konnte gezeigt werden, dass sich Diese bei Zugabe von Biokohle im Allgemeinen verringern. Somit erfolgt neben der Sequestrierung von Kohlenstoff auch eine Verringerung der Emissionen Quelle: Studie von Dr. Claudia Kammann (Justus-Liebig-Universität, Gießen) unter Förderung des HMULV, 2010 stehen noch am Anfang. Insbesondere hinsichtlich des Nachweises einer wirtschaftlichen Nutzung bestehen noch viele offene Fragen

16 2 Einsatzbereiche der Biokohle durch Klicken bearbeiten Neben den vorliegenden Ergebnissen laufen derzeit vielfältige Projekte zur Erweiterung des Kenntnisstandes ein aktuelles Beispiel sind die Bemühungen des IFZ, Göttingen Laufende Studie zur landbaulichen Verwertung von HTC Produkten (TerraCoal ) aus Bioabfall Teilprojekt 1 Teilobjekt 2 Identifikation geeigneter Inputmaterialien für die HTC- Untersuchung von agrikulturchemischen Kenngrößen der Schwerpunkt: Organische Siedlungs- und Industrieabfälle Sorption und Freisetzung der Pflanzennährstoffe N, P, K, S, Biokohle Herstellung (Aufkommen, Verfügbarkeit und HTC - Eignung Charakterisierung von HTC Biokohle inkl. Entwicklung geeigneter Materialkennwerte Untersuchte Materialkennwerte: Anorganische und organische Schadstoffgehalte, Nährstoff- und Wasserhaltekapazität, Auslaugverhalten, aerobe und anaerobe Abbaubarkeit Optimierung der HTC Prozessführung Ziel ist: Hohe Raum-Zeit-Ausbeute unter Berücksichtigung der Anforderungen für den Einsatz der HTC Kohle in der Landnutzung HTC Biokohle Mg, Ca; Wasserhaltevermögen und Nährstoffauswaschung Teilobjekt 3 Untersuchung von bodenbiologischen Effekten beim Einsatz von HTC Biokohle Abundanz von arbuskulären Mykorrhizapilzen, Toxizitäts- tests an Bodenfauna und Mikrobieller Biomasse Teilobjekt 4 Untersuchung von bodenphysikalischen Effekten beim Einsatz von HTC Biokohle Schwerpunkt auf: Porengrößenverteilung, pneumatische Leitfähigkeit, gesättigte hydraulische Leitfähigkeit, usw. Quelle: Verbundprojekt Landbauliche Verwertung von HTC Biokohle, unter Führung des IFZ, Dr. K.-J. Koch

17 2 Einsatzbereiche der Biokohle durch Klicken bearbeiten Neben den vorliegenden Ergebnissen laufen derzeit vielfältige Projekte zur Erweiterung des Kenntnisstandes zudem führen Substrathersteller Vegetationsstudien durch Ergebnisse der Pflanzversuche eines Substratproduzenten Auf Basis der chemischen Parameter ist die geprüfte Biokohle als Zuschlagstoff für Kultursubstrate einsetzbar Bei salzempfindlichen Kulturen zeigt sich im Biotest eine Reduzierung der Frischmasse, bei salztoleranten Pflanzen verbessert sich das Wachstum Bezüglich der Eignung als Zuschlagstoff sind weitere Vegetationsversuche notwendig. Für salztolerante Pflanzen in der Weiterkultur ist eine Verwendung der Biokohle bis 10 % möglich, in Kombination mit Grünkompost sind die Grenzwerte weiter zu untersuchen. Nach diesen Untersuchungen ist der Einsatz der Biokohle für die Jungpflanzenanzucht kritisch, da der Grenzwert der VD Lufa im Chinakohltest unterschritten wird.

18 durch Klicken bearbeiten Agenda 1 Vorstellung REVATEC GmbH und REVATEC-Verfahren 2 Einsatzbereiche der Biokohlen 3 Offene Fragen & Forschungsbedarf

19 3 durch Klicken bearbeiten Offene Fragen & Forschungsbedarf Neben spezifischen Fragestellungen an Edukte, Verfahren und Produkte ist die Sicherstellung einer politischen Förderung von Biokohle eine der wesentlichen Herausforderungen Edukte Verfahren Erfassung und Quantifizierung Mengenpotentiale der relevanten Biomassen Optimierung der Energiebilanz des Gesamtverfahrens (insbesondere Wärmemanagement) Realisierung Anforderungsprofile durch Auswahl und Mischung der Edukte Optimierung der Abwasseraufbereitung Feuchte / trockene Biomasse, Hoher Aschegehalt / geringer Aschegehalt Hoher schädlicher Inhaltsstoffe / Schadstofffreie Biomasse Untersuchung der Eignung und Förderung der Verwertung bisher ungenutzter Biomassepotentiale (z.b. Landschaftspflegematerial) Aerobe oder anaerobe Abwasserbehandlung Belebungsanlagen oder Festbettsysteme Optimierung der Abluftaufbereitung Abluftwäsche oder Abluftverbrennung Produkte BlueCoal Erfassung/ Kategorisierung der Anforderungsprofile potentieller Kohleabnehmer Inhaltsstoffe, Restfeuchtegehalte, Aschegehalte Konfektionierung der Kohle in Kohlestaub, Pellets oder Briketts Registrierung als Regelbrennstoff Fundierung CO2-Neutralität TerraCoal Umsetzung der wissenschaftlichen Forschungsergebnisse Erfassung/ Kategorisierung der Anforderungsprofile potentieller Kohleabnehmer Quantifizierung CO2Reduktionspotentiale Berücksichtigung von Biokohlen als Energieträger oder Bodenverbesserer in Förderprogrammen