Zurück zur Übersicht

Studie zur Pyrolyse von Biomasse

Anders als beim Vergasen oder Verbrennen von Biomasse benötigt die Pyrolyse (auch Verschwelung genannt) keinen Sauerstoff, um Stoffe zu zersetzen. Deshalb nennt man dieses Verfahren, dessen Name sich vom griechischen ‚pyr’ für Feuer und ‚lysis’ für Auflösung ableitet, auch eine thermo-chemische Spaltung. Alleine durch das Erhitzen verschwelt der eingesetzte Stoff zu einer kohleartigen Masse. Das macht das Verfahren interessant, um biogene Reststoffe, wie sie in der Landwirtschaft oder der Lebensmittelproduktion anfallen, energetisch zu verwerten.

Bei vielen Stoffen ist noch nicht bekannt, ob sie sich für eine Pyrolyse eignen. Ein Freiburger Projektteam testet das Pyrolyseverfahren für Kleegrasmischungen und für Okara, einem wässrigen Nebenprodukt der Tofuproduktion. Während man in Asien Okara in Suppen oder Gebäck verwendet, entsorgen hiesige Produzenten die Masse überwiegend als Abfallstoff oder verkaufen sie als Viehfutter. Wegen des hohen Wassergehaltes war es bisher schwierig, den Restenergiegehalt von Okara zu nutzen, ohne vorher viel Energie in die Trocknung zu stecken.

Mit einer Pilotanlage testet das Projekt deshalb, ob sich Okara und Kleegras für Pyrolyseverfahren nutzen lassen. Hierbei wird die Biomasse im luftdichten Reaktor zu Synthesegas und Biokohle umgesetzt, die als konzentrierter Kohlenstoff (C) anfällt. In einem zweiten Reaktor verbrennt das Synthesegas emissionsarm zur Wärmenutzung.

Biokohle – d. h. verkohlte Biomasse – zeichnet sich durch zwei Eigenschaften aus: In den Boden eingearbeitet verbessert sie dessen Fähigkeit, Wasser und Nährstoffe zu speichern. Unter dem Namen Terra Preta ist dieses Prinzip aus Südamerika bekannt, wo die Ureinwohner in präkolumbianischer Zeit so die Erträge auf den nährstoffarmen Böden verbesserten. Das Projekt untersucht, wie sich Biokohle aus Okara auf das Pflanzenwachstum und Stoffflüsse auswirkt, ob sie eventuell Schadstoffe enthält und ob sie sich überhaupt für hiesige Böden eignet.

Noch eine zweite Eigenschaft macht die Biokohle zu einem besonderen Stoff. Sie speichert einen Großteil des Kohlenstoffes, einem Hauptbestandteil von Biomasse. Anders als bei fossilen Brennstoffen, deren Nutzung große Mengen an CO2 freisetzt oder beim Verbrennen von Biomasse bzw. Biogas, bei dem die ausgestoßene Menge an CO2 dem entspricht, was die Pflanzen während ihres Wachstums aufgenommen haben, hat die Pyrolyse eine negative CO2-Bilanz. Mit dieser sogenannten C-Sequestrierung bindet man durch die langsame Zerfallsrate der Biokohle den klimaschädlichen Stoff langfristig im Boden.

Damit hat die Pyrolyse das Potential, bisher unbrauchbare oder gemischte biogene Resstoffe zu nutzen und mit dem Düngepotential der Biokohle die CO2-Bilanz verschiedenster Produktionskreisläufe zu verbessern.

Ein weiteres Projekt

Projektdaten

Projektnummer 2010-12
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Projektteam Holweg & Schill
Laufzeit Mai 2010 bis Oktober 2010
Zuschuss 11.450

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

Bewertende Untersuchung der Wirkungseffizienz oxidativer Verfahren zum Abbau hormonell wirksamer Spurenstoffe im Wasserkreislauf der Region Freiburg
Freiburg

UV-Strahlung zur Neutralisierung von hormonellen Spurenstoffen

Durch Düngemittel, industrielle Abwässer, aber auch durch Haushaltsabwässer und die unsachgemäße Entsorgung von Medikamenten gelangen hormonelle Spurenstoffe ins Wasser. Solche endokrine Disruptoren (EDR), können schon in kleinsten Mengen den menschlichen Hormonhaushalt stören und stehen im Verdacht Krebs zu erregen. Bisher sind über 200 verschiedene EDR bekannt; sie stammen aus Kunststoffen, Weichmachern oder Arzneimitteln. In den letzten Jahren rückten diese Stoffverbindungen verstärkt in den Fokus von Kommunen, Wissenschaftlern und Wasserversorgern. Ein Innovationsfondsprojekt aus dem Jahr 2009 entwickelte beispielsweise eine vereinfachte und kostengünstigere Nachweismethode für diese Stoffgruppe. Wissenschaftler des Instituts für Umweltmedizin und Krankenhaushygiene der Universitätsklinik Freiburg erproben nun ein Verfahren, das die EDR mit UV-Strahlung neutralisiert. Die so gennante UV-Photolyse lockert die chemischen Bindungen der EDR-Komplexe, so dass diese mit Sauerstoff oxidieren und dabei ihre hormonelle Wirkung verlieren. Kläranlagen verwenden dieses Verfahren schon, um Abwässer zu desinfizieren. Über die Auswirkungen auf EDR ist jedoch noch wenig bekannt. Zunächst erstellen die Wissenschaftler eine Übersicht der bekannten vorkommenden Stoffe im Wasser, u.a. mit Hilfe von Gewässerproben aus der Region. Anschließend simulieren Computermodelle die hormonelle Wirkung von Einzelsubstanzen. In einem Versuchsreaktor erproben die Forscher dann, wie diese Substanzen und ihre Gemische auf UV-Bestrahlung reagieren und untersuchen die Eigenschaften der dabei entstehenden Abbauprodukte. Mit dem Computermodell und Laborversuchen liefert das Projekt grundlegende Daten, die dabei helfen sollen, langfristig Richtwerte für hormonelle Spurenstoffe fest legen zu können und Verfahren zur Neutralisierung von EDR zu entwickeln. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Es wurden zahlreiche östrogen-aktive Substanzen im Abwasser der Region FR mittels biologischem Screening-Verfahren detektiert. Eine konventionelle Klärung erreicht keine vollständige Elimination der Östrogenität. Eine Sandfiltration als 4. Reinigungsstufe reduzierte die östrogene Aktivität weiter. Die Effizienz des UV-Abbaus ist neben der Bestrahlungsdauer stark von den Substanzen und deren Konzentrationen abhängig. Eine Zugabe von H2O2 kann nicht pauschal als vorteilhaft bewertet werden. Das Kosten-Nutzen-Verhältnis ist als eher negativ einzustufen. Die humane Telomerase wurde als möglicher, neuer Endpunkt endokriner Disruption identifiziert. Dies hat Implikationen für die menschliche Gesundheit aufgrund möglicher Einflüsse auf Zellalterung und Krebsentstehung. Die präliminären Ergebnisse sollten weiter untersucht werden.

Innovations- und Effizienznetzwerk für Industrie und Gewerbe
Freiburg

Innovations- und Effizienznetzwerk für Industrie und Gewerbe

Industrie und Gewerbe machen ein Viertel des Energieverbrauchs in Baden-Württemberg aus. Besonders für Unternehmen mit energieintensiven Herstellungsverfahren sind die Energiekosten ein wesentlicher Kostenfaktor. Gleichzeitig gibt es bei vielen Unternehmen noch ungenutzte Einsparpotentiale, z. B bei der Abwärmenutzung, auch über das eigene Unternehmen hinaus. Besonders kleinere und mittelständische Unternehmen haben oft nicht die Ressourcen, um in innovative Techniken zu investieren oder um verschiedene Effizienzlösungen zu evaluieren. Umgekehrt fehlen Universitäten und Forschungsinstitutionen oft Wirtschaftspartner, um ihre Ideen zu einem marktreifen Produkt zu entwickeln. Das Leuchtturmprojekt „Vernetzte Industrie“ bringt diese Partner zusammen und investiert in Infrastruktur und Wissenstransfer. Das Projekt besteht aus drei Teilbereichen, die sich jeweils verschiedener Aspekte und Bedürfnisse annehmen: Die Verbundforschung, das Cluster InnoEFF und der Infrastrukturträgergesellschaft (ITG). Ziel der ITG ist es, die regionale Infrastruktur effizienter zu gestalten, z. B. durch Investitionen in Energiekonversionsanlagen und in die Kommunikationsstruktur innerhalb von und zwischen Unternehmen. Unter Leitung der Fraunhofer Gesellschaft verfolgt RegioWin zweitens angewandte Forschung in den Effizienztechnologien. Diese Forschung in die Wirtschaft zu bringen und aus innovativen Ideen neue Produkte und Dienstleistungen zu entwickeln ist wiederum die Aufgabe der ITG. Das Innovations- und Effizienzcluster (InnoEFF) bietet als dritter Teilbereich Unternehmen die Möglichkeit, sich mit anderen Firmen, Hochschulen und Forschungseinrichtungen zu vernetzen und die gemeinsamen Ressourcen zu nutzen. Daraus ergeben sich Vorteile und Mehrwert für alle Beteiligten. Das gesamte RegioWin-Projekt sensibilisiert Unternehmen für das Thema Energieeffizienz und bietet Ressourcen zur Weiterentwicklung und Zugang zur neuesten Forschung. Forschungsinstitutionen können zusammen mit Unternehmen Forschungsprojekte zu marktreifen Produkten zu entwickeln, für die Anbieter effizienter Infrastruktur ergeben sich neue Märkte sowie die Möglichkeit, die eigenen Anlagen durch Expertenwissen zu modernisieren. Das Cluster widmet sich insbesondere den Themen nachhaltige Energiesysteme und Digitalisierung, innovative Energielösungen und Querschnittstechnologien. Über diese Themen tauschen sich die Beteiligten aus Wissenschaft und Wirtschaft mehrmals jährlich in Innovationsforen aus, um neue Lösungs- und Vermarktungswege zu finden. Ein Talentpool vermittelt zwischen hochspezialisieren Fachkräften, Unternehmen und Forschungsinstitutionen. Träger des Clusters ist der Verein Klimapartner Oberrhein, ein Zusammenschluss von 60 Unternehmen, Forschungsinstitutionen und Kommunen, der selbst aus einem Innovationsfondsprojekt hervorging. Mehr auf den Seiten der Teilprojekte innoEFF und ITG.