Energe'sche und chemische Anwendungsszenarien von HTC: Kohle, Ak'vkohle und 5- HMF

Transkript

1 Energe'sche und chemische Anwendungsszenarien von HTC: Kohle, Ak'vkohle und 5- HMF HTP- Fachforum Biobasierte hydrothermale Prozesse Leipziger Energieforen 11./12. November 2014 Vertrauliche Information / AVA-CO2 1

2 DIE AVA GRUPPE AVA- CO2 Zug AVA- CO2 Forschung GmbH Karlsruhe AVA Energy Holding GmbH Karlsruhe AVA Biochem BSL AG MuUenz 2

3 DIE 3 SÄULEN DER AVA STRATEGIE 3

4 AVA- CO2 HTC MULTI- BATCH PROZESS 4

5 AVA- CO2 HTC MULTI- BATCH PROZESS Pilotanlage K3-335 Industrieanlage HTC- 0 5

6 VEREINFACHTE DARSTELLUNG DES HTC PROZESSES 6

7 ENERGETISCHE NUTZUNG: BESSERE ENTWÄSSERBARKEIT DANK HTC % Energieeinsparung bei Klärschlammtrocknung Gegenüber der thermischen Trocknung spart die HTC % an Energie (thermisch und elektrisch) ein. Dies ist das Fazit der ZHAW Studie welche im Au`rag des Bundesamtes für Umwelt (BAFU) erstellt und Ende 2013 abgeschlossen wurde. 70 % TR mit rein mechanischer Entwässerung Da die Zellstrukturen der Biomasse in der HTC vollständig zerstört werden, kann die Biokohle rein mechanisch auf über 70 % entwässert werden. 95+ % TR mit einfacher Nachtrocknung Da bei der Biokohle nur noch Oberflächenwasser vorhanden ist, kann mit einer einfachen Nachtrocknung der TR Wert bei Bedarf auf über 90 % erhöht werden. Die notwendige Energie wird durch die Abwärme des HTC- Prozesses bereit gestellt. 7

8 AVA cleanphos Lösung Rückgewinnung aus HTC- Kohle Volumen vergleichbar mit Asche Phosphor liegt frei in HTC- Kohle vor nicht gebunden Schwermetalle verbleiben fast vollständig in HTC- Kohle HTC- Klärschlammkohle kann weiterhin in Mitverbrennung Die Rückgewinnung aus HTC- Kohle ist technisch möglich und auf Grund der höheren Effizienz durchaus wirtscha^lich darstellbar 8

9 AVA cleanphos PROZESS Durch den AVA- CO2 HTC- Prozess kann der im Klärschlamm vorhandene Phosphor zu über 80 % effizient und kostengüns'g zurückgewonnen werden. Dabei wird der Phosphor aus der HTC- Kohle zurückgewonnen, was gegenüber den bestehenden Verfahren zur Rückgewinnung aus dem Schlamm oder der Asche zu Vorteilen führt. Das Verfahren, welches durch AVA- CO2 entwickelt wurde, ist sehr ähnlich mit bestehenden Verfahren, aber deutlich effizienter und somit kostengüns`ger als herkömmliche Verfahren. Es handelt sich um ein 3- stufiges Verfahren 1. Stufe: Säure- Rücklösung von P aus der HTC- Kohle 2. Stufe: Nano- Filtra'on zur Abtrennung der Phosphor- Säure von Metall- Sulfaten 3. Stufe: Konzentra'on der Phosphor- Säure 9

10 DER AVA cleanphos PROZESS SCHRITT 1 / HTC Hydrothermale Carbonisierung von Klärschlamm bei 210 o C und 22 bar. Metall- Phosphate reagieren nicht bei der Karbonisierung und «sitzen» als sehr kleine Moleküle auf den grösseren HTC- Kohle Molekülen. 99% der Phosphate liegen bei AVA- CO2 in der Biokohle vor. 10

11 PHOSPHOR PARTIKEL LIEGEN FREI VOR Phosphate sind nicht wie bei der Asche aus Monoverbrennungsanlagen in einer Glasmatrix gebunden, sondern liegen frei vor und unterscheiden sich deutlich von den grösseren HTC- Kohle Par'keln. Illustra'on P- Moleküle auf HTC- Kohle 11

12 DER AVA cleanphos PROZESS SCHRITT 2 / ACID LEACHING Standard: Acid Leaching bei ph von ca. 1,5 Ausbeute: Über 90% P werden aus der HTC- Kohle zurückgewonnen. Säureeinsatz: Pro Kilogramm Phosphor werden beim AVA cleanphos Prozess nur ca. 6-8 Kilogramm Schwefelsäure (96%) benö'gt. Menge ist in Abhängigkeit von ph Wert sowie Kalzium- und Magnesiumgehalt im Klärschlamm. Schwermetalle: Im DurchschniU gehen nur 8-10% der Schwermetalle in die Phosphor- Säure, da die HTC- Kohle eine hohe Affinität für die meisten Schwermetalle hat. 12

13 DER AVA cleanphos PROZESS SCHRITT 3 / NANO- FILTRATION Op`onen: Nach der Säure- Rücklösung des Phosphors aus der HTC- Kohle stehen verschiedene Op'onen zur Auoereitung zur Verfügung. Nano- Filtra`on: AVA- CO2 favorisierte die Nano- Filtra'on. Kein Fouling, da keine Organik vorhanden. AVA- CO2 hat ausgezeichnete Erfahrungen mit Nano- Filtra'on gemacht. Ausbeute: Über 90% P werden mit der Nano- Filtra'on zurückgewonnen. Sulfate: Aluminium und Eisen Sulfate können mit hoher Konzentra'on als FällungsmiUel zurück in die Kläranlage gegeben werden. 13

14 DER AVA cleanphos PROZESS SCHRITT 4 / KONZENTRATION Vor- Konzentra`on: Um die reine, 5%- ige Phosphor- Säure transporpähig zu machen wird in einer ersten Stufe eine Vor- Konzentra'on auf ca % gemacht. End- Konzentra`on: Um ein Produkt herzustellen, muss die Phosphor- Säure weiter auf 50-75% konzentriert werden. SchriU 4 ist nicht AVA- CO2 spezifisch, sondern muss auch für die Phosphor- Rückgewinnung aus Asche implemen'ert werden. Hier sollte eine regionale, oder bundesweite Lösung angestrebt werden. 14

15 VORTEILE DES AVA cleanphos VERFAHRENS Es werden erprobte und bekannte Technologien verwendet Vorteil entsteht durch das Produkt HTC- Kohle und nicht durch ein völlig neues, kompliziertes Verfahren Sehr hoher Rückgewinnungsgrad von über 80 % über den ganzen Prozess Einsatz von geringeren Säuremengen im Vergleich zur Rückgewinnung aus Asche, daher Kosteneinsparungen Schwermetalle verbleiben beim «Leaching» hauptsächlich in der HTC- Kohle, daher sehr hohe Reinheit der Phosphor- Säure Metall- Sulfate können rezykliert und zur Fällung wieder in der Kläranlage eingesetzt werden (Kreislauf) 15

16 VORTEILE DES AVA cleanphos VERFAHRENS Der Heizwert wird deutlich erhöht, was Werte von bis zu 19 GJ/t erlaubt Klärschlamm kann auch in Zukun` in der Mitverbrennung (z.b. Zementwerken) eingesetzt werden und zwar als P- frei HTC- Kohle für den Ersatz fossiler Kohle AVA cleanphos ist eine op'onale Lösung. HTC- Anlagen können grundsätzlich auch nachträglich mit dem Prozess ausgestauet werden Als schöner Nebeneffekt ist P- freie HTC- Kohle einfacher zu entwässern, was bei HTC- Projekten zu Kosteneinsparungen führt à Phosphor- Rückgewinnung ist somit kein Argument mehr für den Bau von Monoverbrennungsanlagen da HTC eine echte Alterna`ve darstellt 16

17 DIE 3 SÄULEN DER AVA STRATEGIE 17

18 AKTIVKOHLE AUS HTC- KOHLE Systema'sche Versuche an der Universität Hohenheim zeigen neue Perspek'ven auf: Herstellung von HTC- Kohle aus Kirschkernen Danach Ak'vierung mit KOH (hier bei 600 C) Größere Oberfläche als käufliche Vergleichs- Ak'vkohlen: Eigenschaften AK- KK- 600 Silcarbon AK- K835 Norit C Gran physikalisch Ausgangstoff Kirschkerne Kokosnussschalen Kokosnussschalen Herstellungsart HTC/ KOH- Pyrolyse/ H 2 O- Pyrolyse/ H 3 PO 4 - Aktivierung Dampfaktivierung Aktivierung Aussehen pulverkohle Kornkohle *) Kornkohle *) BET- Oberfläche [m 2 /g] Schüttdichte [g/ml] 0,16 0,48 0,23 Aschegehalt [Gew.- %] Jodzahl [mg/g] >400 18

19 HTC- AKTIVKOHLE AUS KIRSCHKERNEN: GENAUER ANGESCHAUT HTC- Kohle aus Kirschkernen Ak'vkohle aus Kirschkernen Ak'vierungstemperatur=450 C Ak'vkohle aus Kirschkernen Ak'vierungstemperatur=600 C Vergrößerung 1:3.000 Norit C Gran Vergrößerung 1:

20 HTC- KOHLE NUR FÜR ENERGETISCHE NUTZUNG? HTC- Kohle ist noch ein neues Produkt. Wir verstehen den HTC- Prozess noch lange nicht im Detail. à Vielleicht ist HTC- Kohle zu wertvoll, um sie einfach zu verbrennen. 20

21 DIE 3 SÄULEN DER AVA STRATEGIE 21

22 DER HTC PROZESS EIN ANDERER BLICK 22

23 WAS IST 5- HMF? 5- HMF ist eine der vielsei'gsten Plawormchemikalien. Sie kann aus Biomasse hergestellt werden (Zucker). 5- HMF ist die Grundlage für 175 Downstream Chemicals und mehr als 20 hochwer'ge Polymere. Die Anwendungen liegen in unterschiedlichen Industrien wie Verpackung, Automo've, Tex'le, Chemie oder Pharma. Insbesondere für den Verpackungsbereich eröffnet sie neue Möglichkeiten (4 10 Mal niedrigere Gasdurchlässigkeit). 5- HMF kann zukün`ig als Massenprodukt hergestellt werden, und damit preislich weubewerbsfähig zu erdölbasierten Produkten werden. 23

24 ANWENDUNGSBEREICH VON 5- HMF Höchst interessant ist die Synthese von FDCA, um dann PEF als PET Ersatz herzustellen. Es gibt jedoch eine Vielzahl weiterer Anwendungen für 5- HMF (Furanring- Chemie). Die Vorteile und Anwendungen von 5- HMF sind schon lange bekannt aber erst AVA- CO2 in Zusammen- arbeit mit dem Karlsruher Ins'tut für Technologie haben über HTC einen skalierbaren Weg gefunden, um 5- HMF aus Biomasse herzustellen. 24

25 PRODUKTIONSSTART IN 2014 AVA- CO2 hat mit ihrer Tochterfirma AVA BIOCHEM im Februar 2014 mit der kommerziellen Herstellung von 5- HMF begonnen. 25

26 VOM SPEZIALPRODUKT ZUR MASSENPRODUKTION Die HMF- Produk'on auf Basis von HTC ist eine weit skalierbare Herstellungsmethode. Damit ist der Weg zum Massenmarkt offen. 26

27 DIE PERSPEKTIVE: WERTSTOFFE AUS ABFALL 27

28 Dr.- Ing. Hans Hubschneider co2.com co2.com Vertrauliche Information / AVA-CO2 28