Nachhaltige Energie durch Hydrothermale Karbonisierung: Aspekte der Wirtschaftlichkeit und Anwendbarkeit

Textprobe:
Kapitel 3.1. Stand der Technik von HTC-Anlagen:
Eine Erweiterung des in den vorrangegangenen Kapiteln vermittelten Wissens in Bezug auf den Stand der Technik leistet dieses Kapitel.
Abb. 11: Übersicht über die Anwendung des BImSchG;
Wie bereits erwähnt müssen HTC-Anlagen als wesentlichen Punkt neben einer optimierten Verfahrenstechnik und Wirtschaftlichkeit gesetzliche Rahmenbedingungen erfüllen. Umweltauflagen sind im Rahmen einer Genehmigung nach Bundesimmissionsschutzgesetz dann zu erfüllen, wenn die HTC-Anlage in besonderen Maße geeignet ist, schädliche Umwelteinwirkungen hervorzurufen oder in anderer Art und Weise die Allgemeinheit oder die Nachbarschaft zu gefährden [ ] [ ].
Das zentrale Element einer HTC-Anlage ist ein Autoklav, ein gasdicht verschließbarer Druckbehälter, wie er für die thermische Bearbeitung von Stoffen im Überdruckbereich eingesetzt wird. Abbildung 12 zeigt einen Reaktor im Technikumsmaßstab der Firma Hydro-Carb GmbH & Co. KG, der jedoch von der Bauart her im Wesentlichen auf industriellen Maßstab übertragen werden kann. Nach dem der Inputstoff einen Aufheizbehälter mit einer Temperatur von 180 °C oder mehr (vgl. Greve 2009, S. 38) durchlaufen hat, wandert er weiter in den Reaktor, wo eine exotherme Reaktion abläuft. Unter Hinzugabe eines Reaktionsbeschleunigers vollzieht sich der chemisch-thermische Inkohlungsprozess, wie in Kapitel 2.2 bereits beschrieben. Die Hersteller von HTC-Anlagen sagen übereinstimmend, dass der Inputstoff frei von Störstoffen wie Steinen oder Metall sein muss, die Korngröße nicht größer als 30mm betragen darf und der Stoff pumpfähig sein muss, um ihn in einem Leitungssystem transportieren zu können. Stoffe mit hohen Lignocellulosegehalten wie Holz können dem Prozess nur beigemengt werden (vgl. Buttmann i.V.m. TerraNova Energy GmbH 2010). Die Art des Reaktionsbeschleunigers hat hohen Einfluss auf die Durchlaufgeschwindigkeit, weshalb hier die Hersteller keine Angaben machen [ ].
Die Auswertung der Datenerfassungsbögen durch den Autor dieser Arbeit ergab, dass alle Hersteller HTC-Anlagen anbieten können, die mit einem kontinuierlichen Verfahren arbeiten. Es gilt der Grundsatz, dass nur solche Anlagen wirtschaftlich betrieben werden können, da diese ohne Unterbrechung Stoffe dem Reaktor zuführen und somit die Durchlaufmengen gesteigert werden können. Abbildung 23 veranschaulicht anhand eines Verfahrensbildes die Wertschöpfungskette einer HTC-Anlage. Zunächst bestimmt die Beschaffenheit des Inputstoffs, wie er der Anlage zugeführt werden kann. Daher die Unterscheidung zwischen den Biomassen a, b und c. A ist die Biomasse mit dem höchsten Lignocellulosegehalt, b die Biomasse mit einem ausgewogenen Verhältnis und Biomasse c mit dem geringsten. Beim Feuchtigkeitsgehalt verhält es sich umgekehrt. Die breiartige Biomasse c kann sofort der Aufbereitung zugeführt werden, bei der alle Biomassen auf einen definierten Wassergehalt gebracht werden. Die Biomassen a und c müssen zunächst auf eine vordefinierte Korngröße zerkleinert werden, wobei größere Mengen Reststoffe wie Erde und/oder mineralische Stoffe anfallen. Die Reinigung in der nächsten Stufe scheidet ebenfalls mineralische Stoffe ab. Der Kohleslurry als Outputstoff des Inkohlungsprozess im Reaktor wird einer Trennstufe zugeführt, bei der die flüssige von der festen Phase bis zu einem bestimmten Grad separiert wird. Auf die Behandlung und Verwendung der flüssigen Phase (Prozesswasser, Abwasser) wird in diesem Kapitel später eingegangen. Nach einer weiteren Filterstufe wird das feuchte Granulat, im Bild noch Substrat genannt, mechanisch getrocknet; aber nur soweit, dass der Stoff im Anschluss noch konditioniert werden kann. Konditionierung bedeutet, das Granulat so aufzubereiten, wie es für eine Vermarktung des Produkts erforderlich ist. Kapitel 3.5 geht auf mögliche Vermarktungswege näher ein. Grundsätzlich muss das Granulat aber so aufbereitet werden, dass es