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Projekttreffen STEP auf dem Firmengelände von ATS - Agro Trading & Solutions in Hardegsen (Foto: DBFZ)

Biogas | KWK | Biomassetechnologien | Validierung Marktpotenzial | Biomassefeuerung

FKZ-Nr. 03KB099

CLEANPELLET - Entwicklung eines Verfahrens für die Erzeugung emissionsarm verbrennbarer Gärrestpellets zur Nutzung als Brennstoff für Haus- und Kleinfeuerungsanlagen

Verbrennung (Foto: DBFZ)

Dauer

  • 01.09.2014 – 31.08.2017

Kontakt

Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Verfahrenstechnik und Silikatkeramik
Michael-Faraday-Str. 1
07629 Hermsdorf

Björn Schwarz – Projektleiter
Telefon: +49 (0)351 2553-7808
E-Mail: bjoern.schwarz‍@‍ikts.fraunhofer.de

Dr. Burkhardt Faßauer – direkter Ansprechpartner
Telefon: +49 (0)351 2553-7745
E-Mail: burkhardt.fassauer‍@‍ikts.fraunhofer.de

Partner

03KB099B - LEHMANN-UMT GmbH
03KB099C - Senzyme GmbH
03KB099D - DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH

Assoziierte Partner

Kooperationspartner

Unterauftragnehmer

03KB099 - IWE-Ingenieurgesellschaft für Wasser und Entsorgung mbH

Ergebnisse

Thema

Deutschland ist das holzreichste Land Europas. Dennoch prognostizieren Studien ein europaweites Angebotsdefizit an Holz von ca. 290 Mio. m³/a im Jahr 2030. Als einer der Hauptgründe gilt die zunehmende energetische Nutzung in dezentralen Kleinfeuerungsanlagen in der Form von Holzpellets. Daher soll im Rahmen des vorliegenden Projektes auf Basis von gezielt modifizierten Gärresten aus der Biogaserzeugung eine Alternative zu reinen Holzpellets entwickelt und untersucht werden. Zum jetzigen Zeitpunkt sind Brennstoffe auf Gärrestbasis jedoch in Deutschland nicht zugelassen, da sie unter anderem aufgrund verschiedener Inhaltsstoffe folgende Probleme bei der Verbrennung verursachen:

  • Geruchs- und Schadstoffemission (Freisetzung von Aromaten, Schwefel- und Stickstoffverbindungen)
  • Hoher Aschegehalt, der zu starken Staubemissionen führt
  • Hohe Verschlackungsneigung aufgrund niedriger Ascheschmelzpunkte
  • Schlechtes Initialzündverhalten

Ziele

Ziel von CLEANPELLET ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Konditionierung, d. h. Aufbereitung, der grobpartikulären Rückstande aus Gärresten, um die zu den oben genannten Problemen führenden Substanzen mittels einer Kombination aus physikalischer, thermischer und biologisch-enzymatischer Prozesse zuerst freizusetzen und dann selektiv abzutrennen. Weiterhin werden Untersuchungen zur Verbesserung der Pelletierbarkeit von Gärresten im Labor- und Technikumsmaßstab durchgeführt. Dabei werden neben dem Einsatz von Zuschlagstoffen auch Variationen der Prozessbedingungen während der Konditionierung und sich daraus ergebende Unterschiede in der Faserstruktur der Feststoffphase betrachtet. Die erzeugten Pellets werden abschließend auf ihre Verbrennungseigenschaften untersucht und rechtlich eingeordnet.

Maßnahmen

IKTS

Das Fraunhofer IKTS befasst sich im Rahmen von CLEANPELLET mit der Konditionierung von Gärresten aus der Biogaserzeugung für die spätere Pelletierung und Nutzung als Festbrennstoff in Kleinfeuerungsanlagen. Dazu werden Untersuchungen an Gärresten verschiedener Nass- und Trockenfermentationsanlagen hinsichtlich ihrer stofflichen Zusammensetzung durchgeführt. Basierend auf diesen Ergebnissen wird untersucht inwieweit sich störende Inhaltsstoffe (z. B. K, Na, S, N, Asche) mit Hilfe von verschiedenen mechanischen, thermischen und biologisch-enzymatischen Verfahren, oder Kombinationen davon, abtrennen lassen. Dazu soll ein Versuchsstand im Technikumsmaßstab errichtet werden. Des Weiteren wird der Konditionierungsprozess im Labor prozessthomographisch bewertet und optimiert. Außerdem wird die Möglichkeit zur Wertstoffrückgewinnung aus den anfallenden Flüssigphasen mit Hilfe von keramischen Membranen untersucht.

Abschließend wird eine Bilanzierung und sowohl rechtliche als auch marktwirtschaftliche Einordnung des Gesamtprozesses von der IWE mbH im Unterauftrag des IKTS durchgeführt.

Lehmann

  • Untersuchungen zum Pelletierverhalten der erzeugten modifizierten/nicht modifizierten festen Gärreste
  • Ableitungen Prozessfenster für den Konditionierungsreaktor
  • Aufbau des Konditionierungsreaktors im Technikumsmaßstab
  • Betrieb/Optimierung des Reaktors
  • Kontinuierliche Erzeugung von Pellets im Technikumsmaßstab
  • Untersuchungen zu Stoffbeimischungen

Senzyme

Die Senzyme GmbH führt Untersuchungen zum enzymatischen Aufschluss von ligninreichen Feststofffraktionen wie abgepresstem Gärrest durch. Dazu wird zunächst ein Verfahren entwickelt, auf dessen Basis ein Screening der Wirkung von Enzymblends auf den Abbau der Trockenmasse, die Partikelgrößenverteilung, das Wasserhaltevermögen, die stoffliche Zusammensetzung der Kohlehydratfraktion, die Ionenfreisetzung usw. im Hochdurchsatz durchgeführt werden kann.

Die Senzyme GmbH verfügt über eine Bank aus Modulen mit diversen Enzymspektren, die in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden können. Auf diese Weise entsteht eine große Anzahl an Kandidaten, welche im Rahmen des Screenings charakterisiert werden sollen. Die Planung des Screenings und die Auswertung der Ergebnisse erfolgt mit Methoden des experimentellen Designs. Dabei soll versucht werden, die verschiedenen Wirkeffekte mit den Variationen der Enzymspektren zu korrelieren. Für die Untersuchungen zur Optimierung der Prozessparameter und Dosierungsstrategien werden weitere Versuche, beispielsweise zur Temperaturabhängigkeit der Enzymwirkung und der Enzymstabilität, durchgeführt. Aussichtsreiche Kandidaten werden dann den Projektpartnern für deren Untersuchungen zur Verfügung gestellt. Auf Basis derer Ergebnisse erfolgt gegebenenfalls eine weitere Optimierung der Enzymblends.

DBFZ

Die im Rahmen des Projektes erzeugten Brennstoffe werden vom DBFZ hinsichtlich ihrer Verbrennungseigenschaften untersucht, unter Beachtung der gesetzlichen Rahmenbedingungen eingeordnet und wirtschaftlich bewertet. Dazu werden Verbrennungsversuche in einer Kleinfeuerungsanlage durchgeführt und die auftretenden Emissionen gemessen. Diese Versuche sollen zeigen, ob ein Einsatz der Pellets in Verbrennungsanlagen grundsätzlich möglich ist, und Schlussfolgerungen bezüglich eines Einsatzes in Anlagen mittlerer Leistungsgröße zulassen. Außerdem führt das DBFZ ergänzende Pelletierversuche durch, um das Verdichtungsverfahren der LEHMANN-UMT GmbH technisch und energetisch mit aktuell verwendeten Standardverfahren vergleichen zu können.

Schwerpunkte

IKTS

  • Durchführung von Untersuchungen zur Konditionierung von Gärresten im Labor- und Technikumsmaßstab
  • Prozesstomographische Bewertung der Konditionierung
  • Untersuchungen zur Störstoffabtrennung/Wertstoffrückgewinnung mittels keramischer Membranen
  • Bilanzierung und rechtliche/marktwirtschaftliche Einordnung des Gesamtprozesses

Lehmann

  • Gärreste verdichten und konditionieren
  • Fest-Flüssig-Trennung

Senzyme

  • Entwicklung eines Hochdurchsatz-Screenings
  • Selektion geeigneter Enzymprodukte zum optimierten Abbau von ligninreichen Gärresten

DBFZ

  • Laboranalysen zur Einordnung der chemischen, physikalisch-mechanischen und Verbrennungseigenschaften der Gärrestpellets
  • Untersuchung des Brennverhaltens und der Emissionsbildung der Gärrestpellets in einer Kleinfeuerungsanlage
  • Rechtliche Einordnung und wirtschaftliche Bewertung der Gärrestpellets

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