Pflanzenkohle durch hydrothermale Carbonisierung: ein neues Verfahren zur CO 2 Bindung und effektiven Energiegewinnung Markus Antonietti Max Planck Institute of Colloids and Interfaces Research Campus Golm, D-14424 Potsdam
Das CO 2 -Problem aus der Sicht des Chemiker Welt Öl Produktion 4 km 3 jetziger Wert 2.5 Trillion US $ / 1.5 Billionen Euro das Geld geht großteils in politisch unstabile Systeme Verbrennung von Öl erzeugt 15 GT CO 2 pro Jahr -- > Klimawandel Welt-Biomasseproduktion 120 km 3 /Jahr 6,7 % sind genug, um fossile CO 2 Erzeugung zu komp. 11 % der Biomasse sind bereits landwirtschaftlich Persönlicher Fussabdruck: ca 2-3 tonnen
ydrothermale Carbonisierung? Eine Technik, Zucker und Biomasse in Monomere in Polymere in Schwarzboden / Torf / Braunkohle / Kohlenstoffprodukte zu verwandeln alles in Wasser
Eine kleine Geschichte der TC 1544 Valerius Cordus 1592 Balthasar Klein 1913 Friedrich Bergius beschrieb schon die Elementarschritte der hydrothermalen Carbonisierung
TC II Funktioniert durch Wasserabspaltung aus Kohlehydraten - bei 180 C 200 C - für 4 16 h s - C 6 12 O 6 C 6 6 O 3 + 3 2 O C 6 2 O+ 5 2 O - billig ( ca. 0.30 /kg für Zucker / 70 /ton Bioabfall) - Führt zu nützlichen Nanostrukturen - Mit nützlicher Oberflächenchemie
ydrothermale Carbonisierung : ein exothermer Prozess mit CE = 1 C 6 12 O 6 40 C, 5 d 2 C 2 5 O + 2 CO 2 3230 KJ/mol 2720 kj C 6 12 O 6 40 C, 21 d 3 C 4 + 3 CO 2 2680 kj C 6 12 O 6 TC 200 C, 12 h C 6 2 O + 5 2 O ca. 2300 kj
MS: Carbonaceous structures to be made: (all from glucose/starch/biomass)
Zucker/ Biomasse? Zucker/Stärke ist nachhaltig, aber Nahrung.. geschätzter Preis für C-produkte 0.5 /kg, das ist deutlich unterhalb der Petrochemie/ Ruße Geht das auch mit Abfall-Biomasse? dann: 0.05 0.1 /kg Anwendungen: Strassenbelag, Beton, Bodenverbesserung
Was für Biomasse? Agrarindustrielle Bioabfälle : Zuckerrüben (5Mt) Rapsstroh (20 Mt), Klärschlamm, Faulschlamm (10 Mt), Orangenschalen (2Mt) Kostenschätzung 50 100 /Tonne selbst ein Industrieland wir Deutschland kann durch seine Landwirtschaft 25 % seiner CO 2 Produktion kompensieren!!!
Kiefernnadeln vor der TC
Kiefernnadeln nach TC
Zusammensetzung Kohle Landwirtschaftliche Biomasse (Sachsen) 64 69 % C, 2 5.5 % N, 0.2 0.6 % S verb = 29 MJ/kg Bioethanol-Reste /efekuchen 72 % C, 1 % (4%) Asche, 0.3 % (0.6%) S, 4.6 % N, verb = 31-34 MJ/kg Grüne Tonne /Lippe 1,1 % P 2 O 5, 0,2 % K 2 O, 0.4 % MgO, 0.005 % N 4, verb = 29 MJ/kg keine Aromaten!!!
Zusammensetzung Wasserphase Bioethanol-Reste /efekuchen 7, 5 % Trockenmasse / dry mass 6.1 % löslicher Kohlenstoff, soluble carbon 0.26 % K 0.14 % S 0.15 % P
erstellung von Kohlenstoff Schwämmchen Ganz klein: keine Erinnerung an die Bio-Textur
Pine Cone Pine Needles 95 85 75 pine cone hydrothermally treated 200C pure pine cone from Markus garden 70 60 pine needles hydrothermally treated pine needles markus garden 65 50 Volume ( ml/g) 55 45 35 25 Volume (ml/g) 40 30 20 15 10 180 160 140 5-5 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Relative pressure (P/Po) Straw Straw hydrothermally treated at 200C pure straw from Cecile s rabit 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1-10 90 80 Relative Pressure (P/P0) Oak tree leaves oak leaves hydrothermally treated oak leaves from markus garden Volume ( ml7g9 120 100 80 60 40 20 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Relative pressure P/P0 Volume (ml/g) 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1-10 Relative pressure P/P0
What type of Carbon : It is in your hands. ere::chimaira technology a) b) 1µm 1µm c) d) Equilibrium concentration on Carbon, qe, mg/g 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Pure-C 1AcA-C 2AcA-C 5AcA-C 10AcA-C 0 200 400 600 800 1000 Equilibrium solution concentration, Ce, mg/l 1µm 1µm O O O O O O O -3 O 2 O O O O O + 180-200 C COO O Rezan Demir Cakan, Niki Baccile, MA,MMT O - 2 O O O O O - 2 O O O O O O O carbonization O O
Was tun mit so viel Kohlenstoff? 4 km3 C Klassisch: Verbrennung igh-tech: Industrieller Rohstoff wegwerfen: Bodenverbesserer
Terra Preta Thanks to Dr. agr. aiko Pieplow
Jenseits der Chemie: Was man noch mit so viel Kohlenstoff tun kann: wegwerfen!! (and so eine Kohlenstoff-Senke erzeugen) terra preta dos indios erzeugt Fruchtbarkeit (e.g.: Johannes Lehmann) - Wert der CO 2 Entsorgung: 20-70 $ /t (Intergov. Panel of Climate Change), im Moment 20 $/ t europäischen CO 2 Börse 70 $/t Carbon
Eine mutige Vision: (ydrothermale) Karbonisierung und Terra Preta als ein aktives Element des CO 2 -Zyklus Fruchtbarkeit und biologischer Mehrwert Daneben: Carbon materials und Treibstoffe 2 Millionen Maschinen in einer dezentralen Weise (5000 T umus/year, 1 /10 km 2 Wohl neben Kläranlagen und Reststoffhöfen Klima Management anstelle von Klima-Verbrauch
Zusammenfassung ydrothermale Carbonisierung - gut für Abfall Biomasse - Kohlenstoff Nanostrukturen mit interessanter Oberflächenfunktionalität -ChemienochvielPotential - einfache und preiswerte Verdichtungstechnologie, mit der sich zumindest große Teile des CO 2 - Klimaproblems behandeln lassen
Wir können Negativ denken!
Vergleich der TC mit anderen Biomasse-zu-Energie-Umwandlungstechniken
Lawinen Modell der Reaktionsfolge O O O O O O - 3 2 O O O O Glucose C 6 12 O 6 5-MF C 6 6 O 3 Diels-Alder reactions towards Phenols Disproportionation/Polymerization towards polyfuranes Carbonyl Shift/ Polymerization towards polyaldehydes
Business Options /Geschäftsmöglichkeiten Brennkohle / Kohlepellets/Chemie Grillkohle /BBQ Bodenverbesserer /uminstoffe 180 260 Euro/t 250 500 Euro/t Kohle als chemischer Grundstoff (S, N, K, P.) z.. für BtL, carbothermale Reduktion etc.. Dünger, Rohstoffe 500 Euro/t Sorptionskohle zur Reinigung 500 1000 Euro /t Gebäudeisolierung 2000 Euro/t Betonzuschläge, Strassenbelag 500 1000 Euro/t Markt: ca. 200 x 10 9 Euro /Jahr