Biokohle

Herstellung, Eigenschaften und Verwendung von Biomassekarbonisaten

herausgegeben von: Peter Quicker, Kathrin Weber

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Biomassekarbonisate (Biokohlen) besitzen signifikant unterschiedliche Eigenschaften, die von den Herstellungsverfahren, Prozessbedingungen und Ausgangssubstraten abhängen. Im Buch sind die technisch verfügbaren Verfahren zur Erzeugung von Biokohle beschrieben und die thermochemischen Prozesse erörtert. Anhand von zahlreichen farbigen Abbildungen sind die Prozesse, Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten veranschaulicht.

Der Fokus des Buches liegt auf den großtechnischen Anwendungen als Energieträger, als Reduktions- oder Aufkohlungsmittel in metallurgischen Verfahren, in Recyclingprozessen oder in Kraft- und Zementwerken. Aber auch die Anwendung von Biomassekarbonisaten in der Landwirtschaft als Bodenhilfsstoff oder in der Tierhaltung ist aufgezeigt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung

Karbonisate aus der Pyrolyse von Biomasse werden schon seit Jahrhunderten gezielt hergestellt und für verschiedene stoffliche und energetische Einsatzzwecke genutzt. Seit etwa 10 Jahren wird mit der bereits von Friedrich Bergius entdeckten sog. Hydrothermalen Karbonisierung ein weiteres Verfahren verfolgt, mit dem insbesondere Biomassen mit hohem Wassergehalt in flüssiger Phase karbonisiert werden. Aus Gründen des Klimaschutzes und der Ressourcenschonung sind Herstellung, Eigenschaften und Einsatz von Biomassekarbonisaten ein hochaktuelles Thema.

Das vorliegende Buch hat das Ziel, das hinsichtlich Erzeugung und Anwendung sehr heterogene Themenfeld der Biomassekarbonisate in der gebotenen Vielfalt und Breite abzuhandeln.

In der Einführung werden zunächst Begrifflichkeiten geklärt, um Missverständnissen durch die in der Literatur zum Teil willkürliche Verwendung von Bezeichnungen vorzubeugen. Als Hintergrund für die aktuelle Entwicklung auf diesem Gebiet folgt sodann ein kurzer Abriss zum Klimawandel und zum Kohlenstoffkreislauf. Abgeschlossen wird das Einleitungskapitel mit einer Darstellung der historischen Entwicklung bei der Erzeugung von Biomassekarbonisaten.

Peter Quicker, Claudia Kammann, Christoph Sager, Kathrin Weber

2. Thermochemische Prozesse zur Herstellung von Biomassekarbonisaten

Zusammenfassung

Die Karbonisierung von Biomassen kann durch unterschiedliche thermochemische Prozesse realisiert werden.

Aktuell gezielt zur Karbonisierung angewendet werden pyrolytische Prozesse, die Hoch-, Mittel- und Niedertemperaturpyrolyse sowie die Torrefizierung, bei der es sich ebenfalls um eine milde Form der Pyrolyse handelt. Außerdem wurden in den letzten Jahren sogenannte hydrothermale Prozesse (HTC) entwickelt, bei denen Biomasse in der Regel in heißem Wasser, das durch Druckbeaufschlagung im flüssigen Zustand gehalten wird, bei Temperaturen von etwa 180–260 °C karbonisiert wird. Bei der Vapothermalen Karbonisierung erfolgt die Behandlung mit heißem Wasserdampf.

Auch bei Vergasungsverfahren und der Flash-Pyrolyse fallen kohlenstoffreiche Reststoffe an, die im Prinzip Biomassekarbonisate darstellen. Da diese Stoffe allerdings Nebenprodukte der Verfahren bilden, ist die Produktqualität unter Umständen für eine hochwertige Nutzung nicht ausreichend. So können Kokse aus der Vergasung organische Schadstoffe wie PAK enthalten oder aufgrund der weitgehenden Umsetzung der organischen Bestandteile hohe Aschegehalte aufweisen. Karbonisate aus der Flash-Pyrolyse haben in der Regel niedrige Kohlenstoffgehalte.

Peter Quicker, Andrea Kruse, Kathrin Weber, Dennis Blöhse

3. Herstellung von Biomassekarbonisaten

Zusammenfassung

Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die Herstellungsmöglichkeiten von Biomassekarbonisaten. Neben den verfahrenstechnischen Prinzipien werden aktuell in Deutschland konkret in Betrieb oder Entwicklung befindliche Prozesse beschrieben. Eingeleitet wird das Kapitel durch die Darstellung des rechtlichen Rahmens bei der Genehmigung einer Karbonisierungsanlage und abgeschlossen mit einigen Ausführung zur Agglomeration der produzierten Karbonisate für den optimierten Betrieb und Einsatz.

Simone Heger, Andrea Kruse, Peter Quicker, Dennis Blöhse, Klaus Serfass, Marc-André Schulten, Saulo Seabra

4. Eigenschaften von Biomassekarbonisaten

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden Eigenschaften von Biomassekarbonisaten, wie Elementarzusammensetzung, Heizwert, oder erreichbare Ausbeuten und spezifische Oberflächen, dargestellt, die für die Nutzung dieser Stoffe wichtig sind. Dabei ist die Vokabel „darstellen“ wörtlich zu nehmen. Nachdem in Kap. 2 bereits ausführlich die thermochemischen und reaktionstechnischen Hintergründe der Karbonisierungsprozesse erläutert und Abhängigkeiten von Erzeugungsparametern diskutiert wurden, finden sich hier ausschließlich praktische Versuchsergebnisse aus verschiedenen Quellen, die in unterschiedlichen Größenordnungen ermittelt wurden, von der Thermogravimetrie, über Retorten- bzw. Autoklavenversuche bis hin zu Technikums-Drehrohren, Pilotreaktoren und Anlagen im industriellen Maßstab. Im Zentrum der Betrachtungen stehen dabei Karbonisate aus der Pyrolyse, da diese Technik im Gegensatz zur HTC schon sehr lange praktiziert wird und die Produkte in einer Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen etabliert sind.

Kathrin Weber, Peter Quicker

5. Verwendung von Biomassekarbonisaten

Zusammenfassung

Die Verwendungsmöglichkeiten von Biomassekarbonisaten sind sehr vielfältig. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass sich die Anwendung von Biomassekarbonisaten bisher fast ausschließlich auf pyrolytisch erzeugte Produkte beschränkt. Für Karbonisate aus der HTC existieren noch kein Produktionsanlagen im Dauerbetrieb und dementsprechend auch kein Markt. Außerdem sind die HTC-Karbonisate für manche Einsatzgebiete, wie z. B. als Medizinalkohle oder in der Landwirtschaft, nicht zugelassen.

Kathrin Weber, Sabrina Eichenauer, Ernst Stadlbauer, Marc-André Schulten, Thomas Echterhof, Claudia Kammann, Hans-Peter Schmidt, Achim Gerlach, Henning Gerlach

Backmatter

Titel: Biokohle
herausgegeben von: Peter Quicker
Kathrin Weber
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-03689-8
Print ISBN: 978-3-658-03688-1
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-03689-8