Poröse Kohlen

Laufzeit:

1-6-2016 - 31-5-2019

 

Beschreibung:

Teilnehmer: Carl von Ossietzky Universität Oldenburg (Federführung), Biodys, Emission Partner GmbH & Co. KG

 

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Pflanzenmaterial aus Gräben und kleinen Kanälen sowie Schweinedung/Gülle sind sowohl im Nordwesten Niedersachsens als auch in den Provinzen Groningen und Drenthe in den Niederlanden häufig vorkommende Abfallstoffe, die aufgrund ihrer hohen Wassergehalte für eine energetische Verwertung nur wenig in Frage kommen. Für die Hydrothermale Carbonisierung (HTC) wurde, u.a. anhand von Klär- und Faulschlämmen, von der Universität Oldenburg und anderen bereits erfolgreich gezeigt, dass damit die Entwässerung nasser Biomassen energetisch stark vereinfacht wird. Nach wenigen Stunden entsteht durch Erhitzung in einem geschlossenen System auf ca. 200°C ein kohleartiges Produkt, das sich sowohl energetisch als vor allem auch stofflich verwerten lässt. Die Breite der Anwendungen der HTC-Kohle ist dabei prinzipiell ähnlich derjenigen von fossiler Kohle. Aufgrund der bei diesen Substraten relativ zu anderen Biomasse-Abfallstoffen hohen Homogenität wird die Herstellung des „High-Value“-Produktes Aktivkohle („Bio-Aktivkohle“) unter Verwendung der HTC angestrebt.

 

In dem Vorhaben soll ein Verwertungsweg für Wasserpflanzenmaterial (von der Waterschap Hunze en Aa), Schweinedung und Gärresten (auch über Kundenkontakte von Emission Partner) anhand der Herstellung von einer Biokohle, deren Eigenschaften denen von Aktivkohle aus fossilen Rohstoffen nahekommen, aufgezeigt werden. Die Eigenschaften der „Bio-Aktivkohle“ sollen durch Variation der Versuchsbedingungen (Temperatur, Zeit, Additive etc.) auf bestimmte Anwendungen (z.B. Abluft-/Abwasserreinigung/ Katalysatorträger/Elektrodenmaterial) optimiert werden. Von den Arbeitsgruppen Antonietti und Titirici wurde der HTC-Prozess im Hinblick auf die Herstellung hochporöser Kohlen mittels der Zugabe einer Reihe verschiedener Additive untersucht, dabei wurden allerdings zumeist reine Glukose oder Fruktose als Modell-Substrate eingesetzt.

 

Biodys ist an der Evaluierung des Einsatzpotentials der porösen Biokohlen interessiert. Beispielsweise ist die erzeugte Kohle hinsichtlich ihrer Adsorptionseigenschaften von (z.B. schwefelhaltigen) Verbindungen, die für die Geruchsentwicklung des Schweinedungs verantwortlich sind, zu testen und zu optimieren. Weitere Einsatzfelder der Kohlen, zu den Untersuchungen durchgeführt werden sollen, sind u.a. (i) die Aufreinigung der Produktwässer aus der HTC hinsichtlich einer Minimierung biologisch schwer-abbaubarer organischer Verbindungen (z.T. Schadstoffe), (ii) die Nutzung als Katalysatorträger, (iii) der Einsatz in der Wasserreinigung (ultrareines Wasser) und (iv) der Einsatz als Adsorbens in der Biodiesel-Produktion. Um das Potential zu testen, werden die HTC-Kohlen von Biodys als Filtermaterialien aufgebaut und in direkter Kooperation mit Industriepartnern getestet und mit Konkurrenzprodukten verglichen.

 

Emission Partner wird im Rahmen des Projektes das Endprodukt der Hydrothermalen Carbonisierung mittels Imprägnierung weiter veredeln und dadurch mit einer Funktion für die Entschwefelung von Gasen (Gas aus Biogas-Anlagen oder ähnliche H2S-beladenen Gase) belegen. Dieser Prozess ist bereits für kommerzielle Aktivkohle bekannt. Es ist davon auszugehen, dass dieser Prozess aufgrund der vorgelagerten Herstellprozesse nicht die gleichen Eigenschaften besitzt, wie bei kommerzieller Aktivkohle. Hierfür sind Anpassungen des Imprägnierungsprozesses notwendig, was teilweise neues Equipment erfordert.

 

Des Weiteren müssen die funktionalisierten Aktivkohlen in der Praxis getestet und in der Wirkungsweise einer Langzeituntersuchung unterzogen werden. Dazu erfolgt ein Einbau der „Bio-Aktivkohle“ in bestehende Reinigungskonzepte, um einen möglichen Austausch klassischer Aktivkohleprodukte durch die „Bioaktivkohlen“ zu evaluieren.

 

Aktivität 1:

HTC von Wasserpflanzen:

 

Aktivität 2:

HTC von Schweinedung:

 

Aktivität 3:

Anwendung der HTC auf Gärreste verschiedener Betreiber:

 

Aktivität 4:

Herstellung hochporöser Kohle aus verschiedenen Biomassen:

 

Aktivität 5:

Evaluierung der hochporösen Kohlen aus dem HTC-Prozess im Bereich Filter- und Klärsysteme:

 

Aktivität 6:

Imprägnierung der im Verbund hergestellten Biokohlen zur Funktionserweiterung von  Katalysatoren (z.B. zur Entschwefelung von Biogas):

 

Aktivität 7:

Herstellung und elektrochemische Testung von Elektroden aus der hochporösen Biokohle:

 

Aktivität 8:

Testung der hochporösen Biokohle aus der HTC in realen Filter- und Katalysatorsystemen bei Kunden.

Milestone

 

Beschreibung:

 

1:

HTC von Wasserpflanzen durchgeführt

 

2:

HTC von Schweinedung durchgeführt

 

3:

Anwendung der HTC auf Gärreste verschiedener Betreiber

 

4:

Herstellung hochporöser Kohle aus verschiedenen Biomassen

 

5:

Evaluierung der hochporösen Kohlen aus dem HTC-Prozess im Bereich Filter- und Klärsysteme:

 

6:

Imprägnierung der im Verbund hergestellten Biokohlen zur Funktionserweiterung von  Katalysatoren (z.B. zur Entschwefelung von Biogas)

 

7:

Herstellung und elektrochemische Testung von Elektroden aus der hochporösen Biokohle.

 

8:

Testung der hochporösen Biokohle aus der HTC in realen Filter- und Katalysatorsystemen bei Kunden.