Aktueller Stand von Forschung und Entwicklung beim HTC-Verfahren

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1 Landesinitiative Brandenburgische Energie Technologie Initiative (ETI) Tagung der AG Biofestbrennstoffe: Biokohle aus hydrothermaler Karbonisierung Aktueller Stand von Forschung und Entwicklung beim HTC-Verfahren Einführung Wärmefreisetzung Scale-up und Prozessketten J. Stemann, A. Funke, B. Erlach, S. Kieseler 1

2 Reaktion - Einführung Biomasse Kohle +CO2+H2O+gel. Organik Reaktionsbedingungen: - Temperatur zwischen 180 C und 250 C - Verweilzeit ca. 2h bis12h - Von Wasser bedeckt (sauer) Weitere hydrothermale Verfahren: - Hydrothermale Verflüssigung: ~ 230 C 340 C (alkalisch) - Hydrothermale Vergasung: ~ 600 C 2

3 Anwendung (Pro) Potential Nasse Biomasse verwendbar Erschließung eines neuen rohstofflichen Potentials (vor allem Reststoffe) Biomüll, Stroh, Klärschlamm, Gärreste Eigenschaften Verdichtung Homogenisierung Leichtere Entwässerung und Vermahlung Anwendung im Boden Umwandlung in ein biologisch schwer abbaubares Substrat Potentielle Ertragssteigerung Energetische Anwendung Brennwertsteigerung Integration in bestehende Prozesskette 3

4 Anwendung (Kontra) Druckbehälter erforderlich Förderung von Biomasse gegen Druck nicht trivial Vergleich hydrothermale Verfahren: Verglichen mit Gas / Öl geringer Brennwert Feuchte Kohle, ggf. Aufbereitung erforderlich (Energiebilanz?!) 4

5 Reaktionsnetzwerk???? Funke, unveröff. 5

6 Wärmefreisetzung von Modellsubstanzen Glucose: dh=980j/g +/- 80J/g (6-7% des Brennwerts der Glucose) 180 C C 220 C 260 C Glucose Funke, unveröff. 6

7 Reaktionsfortschritt: Abhängigkeit von Temperatur und Zeit 220 C 1 h 230 C 3 h f = 50 t[sec] 0,2 e 3500 T[ K ] Dunne & Agnev C 3 h 210 C 12 h nach Funke & Ziegler

8 Versuchsanlage Scale-up des Verfahrens: Demonstration der Realisierung des Verfahrens im Technikumsmaßstab in einer kontinuierlich arbeitenden Versuchsanlage Systematische Validierung der Laborergebnisse hinsichtlich: 1. Kohlequalität 2. Massenausbeuten 3. Wasser- und Gasqualitäten Abb.: Suncoal Industries GmbH 8

9 Prozessketten HTC-Kohle - Verbrennung im Kohlekraftwerk Pappelholz WG [-] 50,0% Kraftwerk WKG [-] 38,7% Gesamtwirkungsgrad [-] 34,6% Biogas - Einspeisung ins Netz GuD-Kraftwerk Maissilage WG [-] 60,0% Kraftwerk WKG [-] 50,5% Gesamtwirkungsgrad [-] 24,5% Erlach, unveröff. Annahmen HTC TS-Gehalt am Eintrag beträgt 20% Mechanische Entwässerung bis auf 30% WG 5% des Kohlenstoffs der Biomasse verbleibt im Wasser 30% des Sauerstoffs in der Biomasse wird während der Reaktion abgespalten 9

10 Zusammenfassung F&E-Bedarf Weitere Untersuchung der Reaktion Verfeinerung des Reaktionsmodells Untersuchung der Reaktionskinetiken Validierung der Annahmen zur Prozesskette: TS-Gehalt beim Eintrag Mechanische Entwässerung Anteil der Organik in Lösung Einfluss von Prozessparametern auf Parameter für Bodenverbesserung: Oberflächen und Porengröße KAK, AAK & Nährstoffkonzentration Verfahrenstechnik Förderung Wärmeübertragertechnik Wasseraufbereitung und Nährstoffrückgewinnung 10

11 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Jan Stemann Fachgebiet Maschinen- und Energieanlagentechnik, Prof. Dr.-Ing. Felix Ziegler Marchstrasse 18, Berlin. Tel.: +49 (0) Fax:

12 Literatur A. Funke, F. Ziegler, Biofuels, Bioprod. Bioref. 2010, 4: S. E. Hägglund (ed.), Vatkolning av Torv AB, Technical Report, Svensk Torvförädling, Lund, Sweden, 1960, p