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Energiebilanz Hydrothermale Carbonisierung
Deutsches BiomasseForschungsZentrum German Biomass Research Centre Energie und Rohstoffe aus landwirtschaftlichen Reststoffen – Hydrothermale Carbonisierung ein geeignetes Verfahren? Hydrothermale Carbonisierung im Vergleich zu anderen Verfahren zur energetischen Nutzung nasser Biomasse Marco Klemm, Martin Kaltschmitt, Daniela Thrän, Cornelia Viehmann Berlin, 05. März 2009 Deutsches BiomasseForschungsZentrum gemeinnützige GmbH, Torgauer Str. 116, D-04347 Leipzig, www.dbfz.de Gegenstand Biomasse Potenzial Umwandlung Energiebilanz Produkt Anwendung Betrachtung für: • Hydrothermale Carbonisierung • Hydrothermale Vergasung • Hydrothermale Verflüssigung 2 1. Biomasse Biomasse Potenzial Umwandlung Energiebilanz Produkt Anwendung 3 Biomassepotenziale für hydrothermale Verfahren Schwarzlauge 3% kommunaler Bioabfall 6% Deutschland insgesamt ca. 450 PJ/a Maissilage 32% Pflanzenreste 7% Überschussstroh 25% Wirtschaftsdünger 27% Quelle: DBFZ 2008 4 2. Umwandlungsverfahren Biomasse Potenzial Umwandlung Energiebilanz Produkt Anwendung 5 Grundlegende Prozessparameter Hydrothermale Carbonisierung Hydrothermale Vergasung Hydrothermale Verflüssigung Reaktionsumgebung Wasser (flüssig) Wasser (überkritisch) Wasser (flüssig) Temperatur 170 – 250°C 600 – 700°C 250 – 350°C Druck 10 – 20 bar 250 – 300 bar 50 – 200 bar Katalysator Citronensäure oder FeSO4 meist ohne Alkalicarbonate, Alkalihydroxide Verweilzeit 4 – 16 h 1 – 5 min 10 – 15 min Hauptprodukt Kohlesuspension, Kohlegranulat Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid, Methan phenolreiche, ölige Flüssigkeit Produktabtrennung Entwässerung und Trocknung Phasentrennung Phasentrennung gasförmig / flüssig hydrophob / hydrophil Quellen: Max Planck Institute of Colloids and Interfaces, 2008; FZK 2003, 2008 6 Energiebilanz Hydrothermale Carbonisierung QV QV Q T Quellen: Max Planck Institute of Colloids and Interfaces Verhältnis H2O : TS Vorwärmungleistung [kW] Wasserentzug Trocknungs[% Kohlemasse] leistung [kW] 1:2 4,4 20 1,7 1:1 6,5 40 3,5 2:1 10,7 60 5,2 7 Vergleich der Energiebilanzen Produktgas Biomasse 108,9 kW 100 kW Heizleistung 45,5 kW (Brenner 76,7 kW) Strom Nutzwärme η = 68 – 85 % 30 kW 5,6 kW Biomasse Flüssigkeit 100 kW Heizleistung 12,2 kW Verlust 75 kW η = 70 -86 % Wärme 25 kW + Heizl. Quellen: Max Planck Institute of Colloids and Interfaces, 2008; FZK 2003, 2008 8 3. Produktanwendung Biomasse Potenzial Umwandlung Energiebilanz Produkt Anwendung 9 Anwendungsmöglichkeiten der Produkte Kohle aus der Hydrothermalen Carbonisierung • energetische Nutzung im getrockneten Zustand • energetische Nutzung als Suspension oder Schlamm (Vergasung, Brennstoffzellen) Gas aus der Hydrothermalen Vergasung • Wasserstoffgewinnung • Synthesegas (Methanisierung, BtL…) • Verstromung (Motor, Turbine, Brennstoffzelle) Flüssigkeit aus der Hydrothermalen Verflüssigung • Verbrennung • Vergasung 10 Zusammenfassung HTC steht für nasse Biomasse in Konkurrenz zu HTV und HTU, die Energiebilanzen sind grundsätzlich vergleichbar, HTV und HTU führen zu flüssigen bzw. gasförmigen Brennstoffen, die unmittelbar mit vorhandener Technologie hocheffizient genutzt werden können, die HTC stellt Festbrennstoff her, der aufwändiger als flüssige und gasförmige Brennstoffe nutzbar ist, die Prozessparameter der HTC lassen, u. a. aufgrund der hohen Verweilzeiten, hohe Energiegestehungskosten erwarten, offen ist bei allen Verfahren die Frage der Behandlung belasteter Wässer, belastbare Gesamtsystemvergleiche müssen zukünftig zeigen, wo mögliche Weiterentwicklungspotenziale liegen und welche Einsatzfelder für welche Rohstoffe unter welchen Bedingungen gegeben sind. 11 Energie und Rohstoffe aus landwirtschaftlichen Reststoffen – Hydrothermale Carbonisierung ein geeignetes Verfahren? Hydrothermale Carbonisierung im Vergleich zu anderen Verfahren zur energetischen Nutzung nasser Biomasse Deutsches BiomasseForschungsZentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Straße 116 D-04347 Leipzig www.dbfz.de Tel./Fax. +49(0)341 - 2434 – 112 / -133 Dr.-Ing. Marco Klemm Tel. +49(0)341 - 2434 – 537 [email protected] Prof. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt Tel. +49(0)341 - 2434 – 113 [email protected] 12
