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T1 - Biomasse als alternatives Reduktionsmittel in der Nichteisenmetallurgie

AU - Dornig, Christian

N1 - gesperrt bis 19-02-2029

PY - 1800

Y1 - 1800

N2 - In den letzten Jahrzehnten hat der Ausstoß von anthropogen verursachtem CO2 zu einem Anstieg der durchschnittlichen globalen Temperatur geführt. Die dadurch entwickelten Maßnahmen gegen die Emission von Treibhausgasen, wie beispielsweise die Einführung von CO2-Zertifkitaten, betreffen auch die metallurgische Industrie. Aufgrund aktuell steigender Preise für die Zertifikate wächst das Interesse der Unternehmen an Alternativen zu fossilen Einsatzstoffen. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit Biomasse als alternatives Reduktionmittel in der Nichteisenmetallurgie. Damit kann eine Möglichkeit zur Verringerung der Nutzung von fossilen Kohlenstoffträgern aufgezeigt werden. Die aus der Pyrolyse von Biomasse hergestellte Biokohle hat, verglichen mit Petrolkoks, neben der CO2-Neutralität den Vorteil eines sehr geringen Schwefelgehaltes. Speziell aus holzartiger Biomasse lässt sich ein Produkt mit besonders hohem Kohlenstoffgehalt produzieren. Daher wurden in dieser Arbeit sechs verschiedene Biokohlen aus diesem Typ Biomasse charakterisiert und hinsichtlich der Verwendung in unterschiedlichen metallurgischen Aggregaten getestet. Die Untersuchungen zum Einsatz von Biokohle im Wälzprozess zeigten, dass die Reaktivität eine große Rolle spielt. Der alternative Kohlenstoffträger erwies sich als effektiv bei der Reduktion von ZnO im Stahlwerkstaub. Allerdings stellte sich die Simulation der Aufheizphase als problematisch dar. Die Verwendung von Biokohle anstatt fossiler Kohlenstoffträger für das Recycling von Bleischlacken stellte sich als vielversprechend heraus, da mit der pyrolysierten Biomasse bessere Reduktionsergebnisse erzielt werden konnten. Pyrolysegas ist ein weiteres Produkt der thermischen Behandlung von Biomasse und wurde hinsichtlich einer Verwertung in einem Reaktor mit flüssigem Metall als Katalysator behandelt. Es konnte erfolgreich eine Umsetzung zu einem Gas mit hohen Anteilen an CO und H2 erreicht werden, womit ein Einsatz als Reduktionsgas denkbar ist. Zum jetzigen Zeitpunkt ist der Einsatz von Biokohle kostenintensiver als jener von Petrolkoks. Allerdings könnte die Subventionierung durch die Nutzung des aufbereiteten Pyrolysegases sowie den Handel mit CO2-Zertifikaten dazu beitragen, die wirtschaftliche Diskrepanz zwischen erneuerbaren und fossilen Kohlenstoffträgern zu verringern. Basierend auf den Recherchen und den hier durchgeführten Untersuchungen, ist Biokohle ein mit teilweisen Einschränkungen nutzbares Substitut und liefert somit einen wertvollen Beitrag zu einer CO2-neutralen Metallurgie.

AB - In den letzten Jahrzehnten hat der Ausstoß von anthropogen verursachtem CO2 zu einem Anstieg der durchschnittlichen globalen Temperatur geführt. Die dadurch entwickelten Maßnahmen gegen die Emission von Treibhausgasen, wie beispielsweise die Einführung von CO2-Zertifkitaten, betreffen auch die metallurgische Industrie. Aufgrund aktuell steigender Preise für die Zertifikate wächst das Interesse der Unternehmen an Alternativen zu fossilen Einsatzstoffen. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit Biomasse als alternatives Reduktionmittel in der Nichteisenmetallurgie. Damit kann eine Möglichkeit zur Verringerung der Nutzung von fossilen Kohlenstoffträgern aufgezeigt werden. Die aus der Pyrolyse von Biomasse hergestellte Biokohle hat, verglichen mit Petrolkoks, neben der CO2-Neutralität den Vorteil eines sehr geringen Schwefelgehaltes. Speziell aus holzartiger Biomasse lässt sich ein Produkt mit besonders hohem Kohlenstoffgehalt produzieren. Daher wurden in dieser Arbeit sechs verschiedene Biokohlen aus diesem Typ Biomasse charakterisiert und hinsichtlich der Verwendung in unterschiedlichen metallurgischen Aggregaten getestet. Die Untersuchungen zum Einsatz von Biokohle im Wälzprozess zeigten, dass die Reaktivität eine große Rolle spielt. Der alternative Kohlenstoffträger erwies sich als effektiv bei der Reduktion von ZnO im Stahlwerkstaub. Allerdings stellte sich die Simulation der Aufheizphase als problematisch dar. Die Verwendung von Biokohle anstatt fossiler Kohlenstoffträger für das Recycling von Bleischlacken stellte sich als vielversprechend heraus, da mit der pyrolysierten Biomasse bessere Reduktionsergebnisse erzielt werden konnten. Pyrolysegas ist ein weiteres Produkt der thermischen Behandlung von Biomasse und wurde hinsichtlich einer Verwertung in einem Reaktor mit flüssigem Metall als Katalysator behandelt. Es konnte erfolgreich eine Umsetzung zu einem Gas mit hohen Anteilen an CO und H2 erreicht werden, womit ein Einsatz als Reduktionsgas denkbar ist. Zum jetzigen Zeitpunkt ist der Einsatz von Biokohle kostenintensiver als jener von Petrolkoks. Allerdings könnte die Subventionierung durch die Nutzung des aufbereiteten Pyrolysegases sowie den Handel mit CO2-Zertifikaten dazu beitragen, die wirtschaftliche Diskrepanz zwischen erneuerbaren und fossilen Kohlenstoffträgern zu verringern. Basierend auf den Recherchen und den hier durchgeführten Untersuchungen, ist Biokohle ein mit teilweisen Einschränkungen nutzbares Substitut und liefert somit einen wertvollen Beitrag zu einer CO2-neutralen Metallurgie.

KW - biomass

KW - biochar

KW - alternative reducing agent

KW - Biomasse

KW - Biokohle

KW - alternative Reduktionsmittel

M3 - Dissertation

ER -