HTC

Laufzeit:

1-6-2016 - 31-5-2019

 

Beschreibung:

Teilnehmer: Carl von Ossietzky Universität Oldenburg (Federführung), IMEnz, Geveke

 

……………

 

 

Die Hydrothermale Carbonisierung (HTC) ist eine Technik, die (u.a. an der Universität Oldenburg) bisher vornehmlich zur Verarbeitung von organischen Abfällen zu sogenannter Biokohle (u.a. nutzbar zur Bodenverbesserung) untersucht wurde. Das Ziel dieses Projektes ist es, für eine HTC-ähnliche Prozessstufe, d.h. die Erhitzung von wässrigen Biomasse-Suspensionen in geschlossenen Systemen (Autoklaven) auf Temperaturen oberhalb 100°C, zu ermitteln, unter welchen Bedingungen (i) diese Methode möglicherweise Vorteile gegenüber einer Hydrolyse bei erhöhter Temperatur in einem Biogas-Kaskade-Prozess bietet (Fa. Geveke) und (ii) aus verschiedenen Biomassen und Biomasse-Mischungen lösliche, in Fermentationsprozessen für Mikroorganismen einfach verwertbare Rohstoffe gebildet werden (Fa. IMEnz). Die Reaktionstemperaturen und die Reaktionszeiten werden dabei deutlich niedriger bzw. kürzer sein als bei der Biokohle-Herstellung

(„Kurz-HTC“). Auch die Nutzung von Mikrowellen zur Aufheizung der Suspensionen in speziellen geschlossenen Systemen ist vorgesehen, um einen sehr hohen und schnellen Energieeintrag, aber auch effektive schnelle Abkühlung (über Quench-Prozesse) zu gewährleisten.

 

Das derart teilweise solubilisierte Material kann (neben der Nutzung durch Mikroorganismen) alternativ auch mit Hilfe von Enzymen verdaut werden, die evtl. auch an, über den HTC-Prozess als Feststoff gebildeter Biokohle immobilisiert werden. Mit der Frage der Erzeugung hochporöser Biokohlen, die als Katalysatorträger dienen können, beschäftigt sich auch ein weiteres Arbeitspaket.

 

Für die Kombination von Biogas- und HTC-Prozessen wird eine Verbesserung der Gesamtenergieeffizienz diskutiert. Allerdings fehlt derzeit noch eine systematische Untersuchung der Abhängigkeit der optimalen Prozess-Parameter von der konkreten Zusammensetzung der Reststoffe aus dem Biogas-Prozess. Daher sollen in dem Projekt zusätzlich verschiedene Modell-Gemische und reale Gemische aus Biogas-Reststoffen, die z.B. aus unterschiedlichen Anteilen an Glycerin, verschiedenen Alkoholen und Fettsäuren bestehen (aus deutschen und niederländischen Biogas-Anlagen) in den HTC-Prozess eingebracht werden und die Thermodynamik

(Energieeffizienz) des Prozesses untersucht werden.

 

Zur Verbesserung der Anlage bei Geveke-Biogas soll in 2015 ein zusätzlicher Hydrolyseschritt in den Prozess integriert werden, um die Hemicellulose-Bestandteile der Einsatzstoffe trotz höherer Ligninanteile gut aufschließen zu können. Dieses wird bei einer ungewöhnlich hohen Temperatur von 60°C über mehrere Tage geschehen. Dieses Verfahren wurde von einem kompetenten Biogasberater (Walter Danner) entwickelt und hat sich schon auf einigen Anlagen in der Praxis bewährt. Ziel ist es, auf den Einsatz von stärkehaltigen Futtermitteln für die Biogasanlage verzichten und sich ganz auf die Reststoffe beschränken. Im Laufe des Projektes soll wissenschaftlich untersucht werden, welche Parameter (Ligningehalt, Temperatur, pH-Wert) die Leistung des Verfahrens begrenzen. Es sollen in-situ und kontinuierlich pH-Werte in der Hydrolyse und in den anderen Fermentern ermittelt und aufgezeichnet werden, Pufferkapazitäten ermittelt und Säuremengen erfasst werden, um die Qualität des zersetzten Substrates für die weitere Verwendung beurteilen zu können. Damit sollen optimale Betriebsführungskonzepte entwickelt werden.

 

Weiterhin soll der Schritt der Hydrolyse bei 60 °C hinsichtlich des Aufschlusses der Hemicellulosen in Anwesenheit unterschiedlicher Lignin-Gehalte mit den Methoden der „Kurz-HTC“, die bei höheren Temperaturen und erhöhtem Druck arbeitet, verglichen werden. Im Vergleich kann ermittelt werden, wie effektiv der Abbau in diesem "Praxis"-Verfahren ist und ob der höhere Aufwand eines Überdruck-Verfahrens sinnvoll ist.

  1. Kurz-HTC“ zum Aufschluss verschiedener Biomassen:
  2. HTC von Modell-Substrat-Gemischen, Thermodynamik:
  3. Hydrolyse von stark lignin-haltigen Biomassen:
  4. Vergleich von Hydrolyse bei erhöhter Temperatur und „Kurz-HTC“ zur Verwertung stark lignin-haltigen Biomassen in Biogas-Anlagen:
  5. Fermentation von „Kurz-HTC“-behandelter Biomassen:
  6. Enzymatische Verwertung:
  7. HTC-Prozesswasser für Mikroorganismen ausgeführt.

Milestone

 

Beschreibung:

 

1:

 „Kurz-HTC“ zum Aufschluss verschiedener Biomassen  ausgeführt

 

2:

HTC von Modell-Substrat-Gemischen, Thermodynamik  ausgeführt

 

3:

Hydrolyse von stark lignin-haltigen Biomassen ausgeführt

 

4:

Vergleich von Hydrolyse bei erhöhter Temperatur und „Kurz-HTC“ zur Verwertung stark lignin-haltigen Biomassen in Biogas-Anlagen ausgeführt

 

5:

Fermentation von „Kurz-HTC“-behandelter Biomassen ausgeführt

 

6:

Enzymatische Verwertung ausgeführt

 

7:

HTC-Prozesswasser für Mikroorganismen ausgeführt