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Technische Optimierung einer Versuchsanlage zur Herstellung von Miscanthuspellets

Diplomarbeit 2009 102 Seiten

BWL - Beschaffung, Produktion, Logistik

Leseprobe

Inhalt

Kurzfassung

Abstract

Vorwort

Einleitung

1 Energie
1.1 Entstehung biochemischer Energie
1.2 Verbrennung, Freisetzung biochemischer Energie

2 Nachwachsende Rohstoffe, Biomasse
2.1 Bedeutung nachwachsender Rohstoffe bei der Energiegewinnung
2.2 Stoffe der Biomasse
2.3 Nachhaltigkeit

3 Energetische Nutzung von Biomasse
3.1 Verbrennungstechnische Kenndaten von Biomasse-Festbrennstoffen
3.2 Mechanische Aufbereitung von Halmgut zur thermischen Nutzung
3.3 Das Pelletieren

4 Energiepflanze Miscanthus
4.1 Halmstruktur
4.2 Nutzung von Miscanthus

5 Ermittlung der „Biologisch-Technischen Stoffeigenschaften“ von Miscanthus
5.1 Die „Biologisch-Technischen-Stoffeigenschaften“ von Miscanthus im Überblick
5.2 Zusätzliche „Biologisch-Technische-Stoffeigenschaften“ der Presslinge

6 Pelletierbarkeit von Miscanthus x giganteus
6.1 Pelletierversuche
6.2 Ergebnisse und Interpretation der Ergebnisse

7 Änderungen an den Förderorganen der Pelletpresse
7.1 Entwicklung eines Spezialförderers
7.2 Entwicklung der Tröpfchenkonditionierung

8 Konzeptentwurf einer Kühl- und Reinigungsstrecke für Pellets

Zusammenfassung und Ausblick

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Quellenverzeichnis

Anhang A

Anhang B

Kurzfassung

Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Herstellung von Miscanthuspellets als Brennsubstrat in Pelletheizungen. Sie enthält nicht nur die Anpassung der Pelletpresse an das hartfaserige Material, die Ermittlung der Prozessparameter und die Entwicklung geeigneter Fördertechnik für Zu- und Abfuhr, sondern auch eine sensible Erfassung der „Biologisch-Technischen-Stoffeigenschaften“ der Energiepflanze Miscanthus x giganteus.

Abstract

The present thesis demonstrates assembling Miscanthus pellets as solid fuel in pellet heaters. It includes not only the adaptation of the pellet mill to the hard fibre material, but also identifying process parameters and engineering material handling equipment.

A sensitive acquisition of the physical material properties of the energy crop Miscanthus x giganteus.

Vorwort

Diese Diplomarbeit wurde im Zeitraum vom 14.05.2009 bis 14.08.2009 am Institut für Landmaschinentechnik und Regenerative Energien (LTRE) der Fachhochschule Köln unter Leitung von Frau Prof. Dr. Dagmar Gaese angefertigt.

Für die Anregungen, eine Vielzahl von Vorschlägen und fachlichen Diskussionen möchte ich mich bei allen Mitarbeitern des Instituts bedanken. Besonders möchte ich mich bedanken bei Dipl.-Ing. Friedrich Scholte-Reh und Dipl.-Ing. Thomas Mockenhaupt, die mir bei der Umsetzung meiner Arbeiten und Versuche sowie bei Fragen und Problemlösungen stets halfen.

Besonderer Dank gilt meinen Eltern, meiner Schwester und meinen Freunden die mich während des gesamten Studiums gefördert, seelisch und moralisch unterstützt haben und mir immer mit aufbauenden Worten zur Seite standen.

Für die hervorragende Betreuung meiner Diplomarbeit möchte ich

Prof. Dr. Dagmar Gaese und Prof. Dr. Ehrhard Schilling danken.

Köln im August 2009

Einleitung

Die deutsche Erneuerbare-Energien-Branche ist eine der wichtigsten Wachstumsbranchen in Deutschland, wie Zahlen aus 2008 belegen. So deckten erneuerbare Energien in 2008 rund 9,6 % des Gesamt-Energiebedarfs der BRD. Die Branche beschäftigt derzeit ca. 278.000 Menschen. Außerdem werden 15,1 % des deutschen Stromverbrauchs, 7,3 % des Wärmeverbrauchs und 5,9 % des Kraftstoffverbrauchs aus erneuerbaren Energien gewonnen - Tendenz steigend. Im internationalen Vergleich ist der deutsche Erneuerbare-Energien-Sektor führend, Spitzenreiter bei der installierten Leistung von Windenergie- und Photovoltaikanlagen. Das Exportvolumen für Technik und Anlagen beläuft sich derzeit auf rund 10 Mrd. Euro [1]. Da die Preise für fossile Brennstoffe stetig steigen und die Kosten für Erneuerbare-Energie-Systeme stetig sinken, ist ein anhaltendes Wachstum zu erwarten.

Bislang ist die BRD jedoch, was ihre fossilen Ressourcen betrifft, weitgehend von Importen abhängig, die aus einigen wenigen, zum Teil politisch instabilen Regionen kommen. Nachwachsende Rohstoffe hingegen, können einen Teil dieser Ressourcen durch heimische Land- und Forstwirtschaft ersetzen. Dies kann einen Teil zur sicheren und stabilen Versorgung beitragen und damit letztlich auch zur Entschärfung von Konflikten führen.

Der Anbau nachwachsender Rohstoffe birgt entgegen der öffentlichen Wahrnehmung, dass diese Anbauflächen für Lebensmittel verdrängen, auch Chancen für ein breiteres Artenspektrum in der Landwirtschaft. Standorttolerante Energiepflanzen wie Miscanthus können beispielsweise auf stillgelegten Flächen oder Flächen schlechter Bodenqualität angebaut werden und langfristig eine Verbesserung der Bodenstruktur bewirken.

1 Energie

Der Begriff Energie ist geläufig, doch verwendet man ihn für die unterschiedlichsten Zusammenhänge. Im Humanbereich z.B. kennt man die Lebensenergie oder Muskelkraft. Ein sehr anschauliches Beispiel wie chemische Energie in Wärmeenergie und mechanische Energie (Kraft) umgewandelt wird. Wie auch beim menschlichen Körper werden in der Technik diverse Energieformen umgewandelt und in technisch nutzbare Formen überführt.

Zur Definition der Energie:

Energie ist die Fähigkeit eines Systems, äußere Wirkungen hervorzubringen, wie z.B. eine Kraft über eine bestimmte Strecke aufzubringen [15]. Die Einheit der Energie (E) bzw. der Arbeit (W) ist aus den SI-Einheiten abgeleitet, setzt sich zusammen aus Kraft (F) mal Weg (s) und wird in Joule (J), Wattsekunden (Ws) oder Newtonmeter (Nm) angegeben:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Physikalisch betrachtet kann Energie weder erzeugt noch vernichtet werden. Ist von Energieerzeugung oder Energieverlust die Rede, so ist dies als die umgangssprachliche Deutung des ersten Energieerhaltungssatzes zu sehen. Dieser besagt:

Dass der Energiegehalt eines abgeschlossenen Systems immer konstant bleibt, Energie kann in verschiedene Formen umgewandelt werden oder zwischen verschiedenen Teilen des Systems ausgetauscht werden, aber sie kann weder vernichtet werden noch aus Nichts entstehen [15].

1.1 Entstehung biochemischer Energie

Solare Strahlung wird in Biosystemen auf photosynthetischem Wege in chemisch gebundene Energie umgewandelt. Ein Teil der Energie wird von den Organismen selbst zur Aufrechterhaltung ihrer Lebensfunktion benötigt, der Rest wird als Netto-Primärproduktion in Form von Biomasse angesammelt. Diese beträgt im Mittel der Europäischen Pflanzen etwa 1 % der gesamten Sonneneinstrahlung [16].

Photosynthese (Assimilation):

Biomasse entsteht durch die Photosynthese anorganischer Materie. Dabei wird durch solare Strahlung im sichtbaren Bereich von 0,4 – 0,8 µm mittels Farbmolekülen, überwiegend Chlorophyll , aufgenommenes Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) unter Verwendung dieser Energie zu Biomasse gewandelt. Sauerstoff (O2) wird freigesetzt.

Atmung (Dissimilation):

In den Blättern erfolgt der Gaswechsel (Atmung) von Kohlendioxid (CO2), Sauerstoff (O2) und Wasserdampf (H2O), Abbildung 1. Bei der Lichtatmung wird ein Teil des aufgenommenen Kohlendioxids wieder abgegeben.

Bei der Dunkelatmung wird Sauerstoff verbraucht und Wasserdampf freigesetzt [16].

Formel (3) gibt die Gesamtbilanz von Photosynthese und Atmung an [16]:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Photosynthese ist also ein Prozess zur Umwandlung von Lichtenergie in biochemische Energie, die als Biomasse gebunden wird.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Entstehung von Biomasse durch Photosynthese

1.2 Verbrennung, Freisetzung biochemischer Energie

Die in Biomasse gespeicherte Brennstoffenergie (E) setzt sich zusammen aus Brennwert (J/g) mal Brennstoffmenge (g).

Feste pflanzliche Biomasse besteht im Wesentlichen aus Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O). Die Komponente biogener Festbrennstoffe, durch deren Oxidation die freigesetzte Energie weitgehend bestimmt wird, ist der Kohlenstoff. Daneben liefert der Wasserstoff bei der Oxidation ebenfalls Energiemengen, während der gebundene Sauerstoff lediglich den Oxidationsvorgang unterstützt.

Kohlenstoff oder Wasserstoff wird in Gegenwart von Sauerstoff (O2) unter Energiefreisetzung zu Kohlenstoffdioxid (CO2) oder Wasser (H2O) oxidiert. Diesen Vorgang beschreibt Formel (4) exemplarisch für die stöchiometrische Verbrennung von Biomasse, die wie bereits erwähnt, im Wesentlichen aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff besteht und mit der chemischen Summenformel C n H m O p beschrieben werden kann:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die durchschnittliche Zusammensetzung der Hauptelemente von Miscanthus sieht wie folgt aus [16]:

47,5 % C, 6,2 % H, 41,7 % O, 0,72 % K, 0,73 % N, 0,06 % Ca, 0,07 % P, 0,15 % S, 0,22 % Cl.

Laufen die Reaktionen in Formel (4) vollständig ab und kommt es damit zu einer vollständigen Oxidation sämtlicher oxidierbarer Bestandteile des Brennstoffs, spricht man von vollständiger Verbrennung [16].

2 Nachwachsende Rohstoffe, Biomasse

Als Biomasse bezeichnet man in der Natur lebende Pflanzen und Tiere, sowie deren Rückstände (z.B. abgestorbene Pflanzen) und Nebenprodukte (z.B. Exkremente wie Gülle). Des Weiteren auch organische Stoffe wie Papier oder Pflanzenöl, die durch technische Umwandlung entstanden sind, oder Abfälle aus der Lebensmittelindustrie, Biomüll, oder Stoffe, die aus anderer Nutzung entstanden sind. Stoffe deren Hauptzusammensetzung aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff besteht.

Gespeicherter Kohlenstoff ist der Energieträger der Biomasse, der durch Photosynthese umgewandelt und eingelagert wird. Die Biomasse-Entstehung bildet somit eine wesentliche Komponente des Kohlenstoffkreislaufs und die Grundlage für die Existenz menschlichen Lebens. In Abbildung 2 stellt der Kohlenstoffkreislauf der Erde gebundene und fluktuierende Kohlenstoffmengen dar.

Im Vergleich zu fossilen Energieträgern bietet die energetische Nutzung von Biomasse erhebliche ökologische Vorteile. So wird in erster Linie ein zusätzlicher CO2-Ausstoß vermieden, da bei der Verbrennung lediglich soviel CO2 abgegeben wird wie zuvor aus der Umwelt aufgenommen wurde. Im Vergleich zu fossilen Energiequellen bedeutet das derzeit eine CO2-Einsparung von rund 55 Mio. Tonnen brutto pro Jahr bei der Strom-, Wärme- und Kraftstoffproduktion [2]. Berücksichtigt man die für die Bereitstellung von Bioenergie verbrauchte fossile Energie, korrigiert sich die Co2-Einsparung jedoch etwas nach unten.

Nachwachsende Rohstoffe werden im Gegensatz zu Energiepflanzen (Biomasse) zusätzlich auch für eine stoffliche Nutzung, z.B. als Baumaterial, als Zellstoff für die Papierindustrie, als Füllstoff in der Kunststoffindustrie, Farbstoff, Schmierstoff oder als sonstige Rohstoffe angebaut. Als nachwachsende Rohstoffe werden deshalb vorwiegend Pflanzen bezeichnet, die in der Nahrungskette von Mensch und Tier eine untergeordnete Rolle haben oder keine Bedeutung finden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Der Kohlenstoffkreislauf der Erde, Schwarze Zahlen bezeichnen gebundenen Kohlenstoff; violette Zahlen den Kohlenstoffaustausch in Mrd. Tonnen [14]

Eine Tonne Kohlenstoff C entspricht 3,667 Tonnen Kohlendioxid CO2.

2.1 Bedeutung nachwachsender Rohstoffe bei der Energiegewinnung

Da Biomasse flexibel einsetzbar ist, kommt ihr eine bedeutende Rolle bei der Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Energien zu. Die Bioenergie bietet der Landwirtschaft ein zusätzliches Einkommen. Mit der Produktion von Biomasse als Energieträger bietet sich für unternehmerische Landwirte ein interessanter Produktionszweig. Die dezentrale Nutzung von Bioenergie kann so die regionale Wertschöpfung stärken, Stoffkreisläufe schließen und Synergien vor Ort nutzen. Aber auch in der industriellen Wertschöpfungskette erlangt regenerative Energie nach und nach einen höheren Stellenwert.

Der Handel mit CO2-Zertifikaten („Emissionsreduktionseinheiten“ [4]) und nationale und europäische Erneuerbare-Energien-Gesetze tragen einen erheblichen Teil dazu bei. Die Grundlagen hierfür sind im Protokoll von Kyoto von den beteiligten Staatsgemeinschaften gelegt worden: „Rahmenübereinkommen der Vereinten Nationen über Klimaänderung“ vom 11. Dezember 1997 [3]. Das Gesetz zum Protokoll von Kyoto aus dem Jahr 2002 regelt die Maßnahmen zur Reduzierung der Treibhausemissionen, speziell der Kohlendioxidemissionen [4]. So sind z.B. einige Verbrennungskraftwerke, speziell in den Beneluxländern, darauf angewiesen, statt Kohle, hochenergetische Biomasse zu verbrennen, um die gesetzlich vorgeschriebenen Höchstgrenzen für CO2-Austoß nicht zu überschreiten. Dies geht unter anderem aus den Exportzahlen von Holzpellets hervor [1].

Einen anderen Anreiz bieten die vom Erneuerbare-Energien-Gesetz festgelegten Einspeisevergütungen für Strom aus erneuerbaren Energien [6]. Kraft-Wärme-Kopplung-Anlagen (KWK-Anlagen) z.B. werden laut Anlage 3 EEG [6] besonders hoch vergütet. Diese erzielen einen besonders hohen Wirkungsgrad (ca. 80 % und mehr), da nicht nur der erzeugte Strom genutzt wird, sondern auch die bei der Stromerzeugung entstehende Wärme genutzt und z.B. in ein Fernwärmenetz eingespeist werden kann. Die Höhe der Förderprämien richtet sich nach der eingespeisten elektrischen Leistung (kWh) und der Art der Erzeugung (z.B. Windkraft, Wasserkraft oder Biogas). Besondere Boni wie der KWK-Bonus, werden auch für herausragende Technologien, Anlage 1 EEG [6] und für Strom aus nachwachsenden Rohstoffen bewilligt, Anlage 2 EEG [7].

2.2 Stoffe der Biomasse

Pflanzen mit einem hohen Anteil organischer Trockensubstanz sind besonders gut zur thermischen Nutzung geeignet. Hohe Gehalte von Mineralien, Proteinen und Farbstoffen sind für diese Art der Nutzung nicht gefordert; vielmehr ein hoher Gehalt an Zellulose, Hemizellulose, Lignin und Ölen. In diesem Absatz werden die wichtigsten Stoffe der Biomasse, die für eine thermische Nutzung bedeutsam sind, vorgestellt.

Diese Stoffe entstehen in der Regel gleichzeitig in Organismen und sind, je nach Pflanzenart, zu verschiedenen Anteilen enthalten.

So besteht Holz, das beispielhafte Verbrennungseigenschaften besitzt, aus den Stoffen Zellulose (40…50 %), Hemizellulose (18…27 %) und Lignin (22…30 %), sowie bis zu 10 % aus Mineralien, Harzen, ätherischen Ölen und Stärke [16].

Stroh besteht aus Zellulose (33…47%), Hemizellulose (22…30%), Lignin (13…19%), Mineralstoffen (3…8%) und Extraktstoffen Harze, Öle etc. (2…5%).

Miscanthus besteht aus Zellulose + Hemizellulose (75…81 %),

Lignin (21…24 %) und Mineralien und Extraktstoffen ca. (2 %) [10].

In Tabelle 1 ist der allgemeine, weltweite Biomassezuwachs nach Kolb, dargestellt. Nach dieser Darstellung ergibt sich ein großes Potential für thermisch nutzbare Biomasse. Zellulose, Hemizellulose und Lignin besitzen mit Abstand den größten Jahreszuwachs.

Tabelle 1: Stoffe der Biomasse und ihr weltweiter jährlicher Zuwachs [15]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Zur genaueren Spezifikation sind im Folgenden die chemischen und stofflichen Eigenschaften der einzelnen Stoffe beschrieben:

- Zellulose ist die häufigste organische Substanz, sie ist ein Polysaccharid, bestehend aus reinen Glukoseketten (C6H10O5), die durch Wasserstoffbindung in Kristallbündeln zusammengehalten werden. Zellulose ist in Wasser und organischen Lösungsmitteln nicht lösbar. Jedoch in Alkalien und Säuren quillt sie zu Hydratzellulose auf. Diese kann dann durch konzentrierte Säuren und hohe Temperaturen bis zur Glukose abgebaut werden. Ein wichtiger Schritt zur Zellstoff-Herstellung.
- Hemizellulose (Polyose). Holzartige Pflanzen bestehen zu 20…40 % aus Hemizellulose. Dieses ist ebenfalls ein Polysaccharid, besteht jedoch nicht nur aus reinen Glukoseketten, sondern auch aus anderen Zuckern (C5- und C6-Zuckern).
- Lignin ist der Holzstoff. Er nimmt ca. 30 % der holzartigen Pflanzen ein. Durch Einlagerung in die Zellulosematrix bewirkt Er die Verholzung pflanzlicher Zellen. Lignin ist in Natronlauge und Calciumbisulfit löslich, jedoch nicht in Wasser und stellt so ein wesentliches Hindernis für den chemischen oder enzymatischen Aufschluss von Zellulose dar.
- Stärke ist auch ein Polysaccharid, jedoch mit viel schwächerer Bindung als Zellulose und Hemizellulose. Stärke ist wasserlöslich.
- Zucker ist begriffsmäßig der monomere Zucker, der in reiner Form z.B. im Zuckerrohr vorkommt. Wegen fehlenden bzw. schwachen Bindungen eignen sich Zucker und Stärke besonders gut für einen chemischen oder enzymatischen Aufschluss [15].

Verglichen mit Zellulose, Hemizellulose und Lignin stellen die übrigen Stoffe der Biomasse Stärke, Zucker, Fette, Proteine und Farbstoffe nur geringe Teile der Biomasse, etwa 1 % der Weltbiomasseproduktion.

2.3 Nachhaltigkeit

Der Begriff Nachhaltigkeit bezeichnet laut DUDEN eine „längere Zeit anhaltende Wirkung“, bzw. das forstwirtschaftliche Prinzip, nach dem nicht mehr regenerierbare Ressourcen genutzt werden dürfen, als auch natürlich nachwachen können.

Nachwachsende Rohstoffe können auf vielfältige Weise zu einer Energie- und Rohstoffbereitstellung beitragen. Sie können helfen den Klimawandel zu bremsen, indem sie, bei der energetischen Nutzung weniger Treibhausgase freisetzen als fossile Rohstoffe, bei einer stofflichen Nutzung sogar Kohlendioxid konservieren und sich somit positiv nachhaltig auf das Weltklima auswirken.

Sie dienen der energetischen Versorgungssicherheit, sind jedoch den Lebensmittelpflanzen unterzuordnen. Nachwachsende Rohstoffe können in nahezu allen Ländern der Erde gewonnen werden. Dabei sollte aber stets der Zuwachs Weltbevölkerung und der damit verbundene Mehrbedarf an Lebensmitteln und die Degradierung der Ackerflächen durch Bebauung o.ä. berücksichtigt werden, damit die Lebensmittelversorgung gesichert bleibt.

Werden nachwachsende Rohstoffe in heimischer Land- und Forstwirtschaft erzeugt und hierzulande auch weiter verarbeitet und verbraucht, bleibt die damit zusammenhängende Wertschöpfung im Land und generiert in der Regel neue Arbeitsplätze. Gerade für den strukturschwachen und oft von Abwanderung geprägten ländlichen Raum bietet dies große Chancen und neue Perspektiven für die Menschen vor Ort.

Der Anbau nachwachsender Rohstoffe kann auf ökologischer, ökonomischer und sozialer Ebene überzeugen sofern dies in einem für die Lebensmittelproduktion verantwortlichen Umfang geschieht.

3 Energetische Nutzung von Biomasse

In diesem Kapitel sollen die derzeit gängigen Aufbereitungsmöglichkeiten zur energetischen Biomasseveredelung vorgestellt und erläutert werden.

Dank der Vielfalt der Natur gibt es eine große Bandbreite nachwachsender Rohstoffe. Fast alle gängigen Nutzpflanzen können in der einen oder anderen Form auch als Energieträger oder als Rohstoff für die stoffliche Nutzung verwendet werden.

Ständig wird die Eignung dieser Pflanzen für neue Aufgaben erforscht. So entwickeln sich bislang noch gar nicht genutzte Arten zu potenziellen Energieträgern. Dabei richtet sich das Forscherinteresse nicht nur auf Nutzpflanzen, auch Wildpflanzen und Pflanzen, die bisher nur als Exoten oder Zierpflanzen bekannt sind, finden neue Verwendungsmöglichkeiten. Fast ebenso vielfältig wie die Rohstoffe sind auch die Verfahren ihrer Umwandlung in Energie oder Energieträger.

Die Aufbereitungsmöglichkeiten im energetischen Bereich lassen sich folgendermaßen schematisieren, Abbildung 3:

Für den Ausgangsstoff, die Biomasse und seine bereits erwähnte Vielfältigkeit müssen zunächst logistische Verfahren zur Bergung bzw. Ernte festgelegt werden. Diese orientieren sich meist an bekannten Ernteverfahren oder finden Anwendung in angepasster Form. Zur Weiterverarbeitung muss der Ausgangsstoff nach seinen Stoffeigenschaften kategorisiert werden, um ihn später seinem stoffgerechten Aufbereitungsprozess (Aufbereitungsmöglichkeiten) zuzuführen.

Im Aufbereitungsprozess wird der Ausgangsstoff wie in Abbildung 3 gezeigt, in einen verfahrenstechnisch nutzbaren Energieträger (aufbereiteter Energieträger) überführt, in Festbrennstoff, gasförmigen Brennstoff oder in flüssigen Brennstoff.

Im letzten Schritt wird die endgültige Energieumwandlung vollzogen und das Endprodukt „Bewegungsenergie“, also Kraft, Strom und Wärme bereitgestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Möglichkeiten der Energiebereitstellung aus Biomasse [16], verändert

Am Ende aller energetischen Umwandlungsprozesse stehen die Energieformen als Endprodukt Bewegungsenergie, also Kraft, Strom und Wärme zur Verfügung.

3.1 Verbrennungstechnische Kenndaten von Biomasse-Festbrennstoffen

Tendenziell steigende Rohholzpreise, die sich im Preisindex der Holzpellets niederschlagen [6], machen die Suche nach Ersatzstoffen zur thermischen Nutzung erforderlich. Tabelle 2 soll als Orientierungshilfe für die Wertschätzung alternativer biogener Brennstoffe dienen.

Tabelle 2 : Verbrennungstechnische Kenndaten [16]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.2 Mechanische Aufbereitung von Halmgut zur thermischen Nutzung

Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich vorrangig mit der thermischen Nutzung und den verfahrenstechnischen Eigenschaften von Miscanthus x giganteus, den man aufgrund seiner schilf- bis bambusartigen Struktur als holzartiges Halmgut (Kapitel 4) bezeichnen kann.

In Abbildung 4 ist die mechanische Aufbereitung von holzartiger und halmgutartiger Biomasse herausgestellt die einer thermischen Nutzung zugeführt werden, hier am Beispiel Miscanthus.

Miscanthus wird in der Regel als Pellets, Briketts oder als Hackschnitzel thermisch genutzt. Für eine stoffliche Nutzung kann Miscanthus auch zur Weiterverarbeitung in Quaderballen gepresst werden. Der Ausgangsstoff (Rohstoff) Miscanthus wird meist mit selbstfahrenden Feldhäckslern geerntet. Eine direkte Verbrennung in Hackschnitzelkesseln bietet den Vorteil, dass außer Transportkosten, keine weiteren Kosten für die Veredelung bzw. Aufbereitung entstehen. Jedoch besitzt der Rohstoff in dieser Form die geringste Energiedichte und die geringste Schüttdichte. Ein entsprechend großer Volumenstrom bei der automatischen Beschickung von Hackschnitzelkesseln kann zu verfahrenstechnischen und logistischen Problemen führen. Hackschnitzel benötigen ein 8,8-fach höheres Raumvolumen für Lagerung und Transport als Pellets, wie Zahlen aus Kapitel 5 belegen.

In dieser Tatsache liegt die mechanische Aufbereitung des Rohstoffs in Form von Brikettierung oder Pelletierung begründet.

Die für die mechanische Aufbereitung eingesetzte „Veredelungsenergie“ beträgt:

- Für die Pelletproduktion 3…4 %,
- für die Brikettproduktion 4…5 %

des Biomasseheizwertes des Produkts [16].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: mechanische Aufbereitung

Die Verbrennung von Biomasse findet nicht nur im häuslichen Bereich Anwendung, sondern gewinnt auch in Verbrennungskraftwerken an Bedeutung, wo sowohl Wärme als auch elektrischer Strom erzeugt wird.

[...]

Details

Seiten
102
Erscheinungsform
Originalausgabe
Jahr
2009
ISBN (eBook)
9783836636971
Dateigröße
5.4 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v227274
Institution / Hochschule
Technische Hochschule Köln, ehem. Fachhochschule Köln – Bauingenieurwesen
Note
1,3
Schlagworte
pelletierung miscanthus chinachilf biomasse pellets

Autor

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Titel: Technische Optimierung einer Versuchsanlage zur Herstellung von Miscanthuspellets