TY - BOOK

T1 - Untersuchung und Entwicklung von alternativen biogenen Brennstoffen aus pflanzlichen landwirtschaftlichen Reststoffen

AU - Poppenwimmer, Martina

N1 - nicht gesperrt

PY - 2011

Y1 - 2011

N2 - Der Einsatz alternativer Biomasse aus der Landwirtschaft ist für die zukünftige Energiegewinnung ein wichtiges Thema. Aufgrund der CO2- Problematik und der steigenden Preise für fossile Brennstoffe ist es notwendig, Alternativen zu Holz zu finden. Die thermische Umsetzung von alternativer Biomasse bringt jedoch vor allem in Kleinfeuerungen einige Probleme mit sich. Eine der Hauptschwierigkeiten dabei ist der niedrige Ascheerweichungspunkt mit Temperaturen meist unter 1000°C. Zusätzlich haben diese Brennstoffe einen hohen Asche- und Stickstoffgehalt sowie eine niedrige Abriebfestigkeit in gepresster Form. Für die Lösung der Probleme und einen möglichen Einsatz dieser Biomasse zur Verbrennung wurden die Brennstoffeigenschaften analysiert und versucht, mit Hilfe von Zusatzstoffen Verbesserungen zu erzielen. Um ein Schmelzen der Asche während der Umsetzung im Ofen zu vermeiden, ist es außerdem notwendig, eine ideale Verbrennung ohne Temperaturspitzen zu erreichen. Dafür ist eine genaue Untersuchung der thermischen Umsetzung wesentlich, die in die Teilschritte Trocknung, Pyrolyse, Vergasung und Verbrennung unterteilt werden kann. Bei Biomasse ist vor allem die Phase der Pyrolyse relevant, da in diesem Schritt bis zu 85% des Feststoffes umgesetzt werden. Für die Untersuchungen des Pyrolyseverhaltens wurde eine Thermogravimetrische Apparatur mit anschließendem Strömungskalorimeter adaptiert und eingesetzt. Mit dieser Anlage ist es möglich die Massenabnahme des Brennstoffpartikels und die dabei freiwerdende Wärme in Abhängigkeit der Pyrolysedauer zu ermitteln. Weiters kann damit der stöchiometrische Sauerstoffbedarf für die Verbrennung der Pyrolysegase festgestellt werden. Die Kenntnis dieser Parameter ist notwendig, um eine ideale Umsetzung in einer Feuerung zu gewährleisten. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass es möglich ist, mit Hilfe von Zusatzstoffen die Erweichungstemperatur der Asche positiv zu beeinflussen. Die Zugabe von inerten Zusätzen wie beispielsweise Hochofenschlacke wirkte sich jedoch negativ auf den Aschegehalt sowie die Abriebfestigkeit bei beispielsweise Pellets aus. Somit ist die Beigabe einer größeren Menge an Zusatzstoffen nicht zielführend. Weitere positive Effekte bei den Versuchen mit Zusatzstoffen konnten bezüglich der Pyrolyse festgestellt werden. Beide eingesetzten Stoffe, Hochofenschlacke und Melasse, zeigten eine Steigerung der sekundären Pyrolysereaktionen, wobei Teer in kürzere, nicht kondensierbare Kohlenwasserstoffe gespalten wird. Teere sind meist nicht erwünscht, da sie bei niedrigeren Temperaturen kondensieren und dadurch Leitungen verunreinigen und in weiterer Folge verstopfen können.

AB - Der Einsatz alternativer Biomasse aus der Landwirtschaft ist für die zukünftige Energiegewinnung ein wichtiges Thema. Aufgrund der CO2- Problematik und der steigenden Preise für fossile Brennstoffe ist es notwendig, Alternativen zu Holz zu finden. Die thermische Umsetzung von alternativer Biomasse bringt jedoch vor allem in Kleinfeuerungen einige Probleme mit sich. Eine der Hauptschwierigkeiten dabei ist der niedrige Ascheerweichungspunkt mit Temperaturen meist unter 1000°C. Zusätzlich haben diese Brennstoffe einen hohen Asche- und Stickstoffgehalt sowie eine niedrige Abriebfestigkeit in gepresster Form. Für die Lösung der Probleme und einen möglichen Einsatz dieser Biomasse zur Verbrennung wurden die Brennstoffeigenschaften analysiert und versucht, mit Hilfe von Zusatzstoffen Verbesserungen zu erzielen. Um ein Schmelzen der Asche während der Umsetzung im Ofen zu vermeiden, ist es außerdem notwendig, eine ideale Verbrennung ohne Temperaturspitzen zu erreichen. Dafür ist eine genaue Untersuchung der thermischen Umsetzung wesentlich, die in die Teilschritte Trocknung, Pyrolyse, Vergasung und Verbrennung unterteilt werden kann. Bei Biomasse ist vor allem die Phase der Pyrolyse relevant, da in diesem Schritt bis zu 85% des Feststoffes umgesetzt werden. Für die Untersuchungen des Pyrolyseverhaltens wurde eine Thermogravimetrische Apparatur mit anschließendem Strömungskalorimeter adaptiert und eingesetzt. Mit dieser Anlage ist es möglich die Massenabnahme des Brennstoffpartikels und die dabei freiwerdende Wärme in Abhängigkeit der Pyrolysedauer zu ermitteln. Weiters kann damit der stöchiometrische Sauerstoffbedarf für die Verbrennung der Pyrolysegase festgestellt werden. Die Kenntnis dieser Parameter ist notwendig, um eine ideale Umsetzung in einer Feuerung zu gewährleisten. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass es möglich ist, mit Hilfe von Zusatzstoffen die Erweichungstemperatur der Asche positiv zu beeinflussen. Die Zugabe von inerten Zusätzen wie beispielsweise Hochofenschlacke wirkte sich jedoch negativ auf den Aschegehalt sowie die Abriebfestigkeit bei beispielsweise Pellets aus. Somit ist die Beigabe einer größeren Menge an Zusatzstoffen nicht zielführend. Weitere positive Effekte bei den Versuchen mit Zusatzstoffen konnten bezüglich der Pyrolyse festgestellt werden. Beide eingesetzten Stoffe, Hochofenschlacke und Melasse, zeigten eine Steigerung der sekundären Pyrolysereaktionen, wobei Teer in kürzere, nicht kondensierbare Kohlenwasserstoffe gespalten wird. Teere sind meist nicht erwünscht, da sie bei niedrigeren Temperaturen kondensieren und dadurch Leitungen verunreinigen und in weiterer Folge verstopfen können.

KW - thermische Umsetzung

KW - Pyrolyse

KW - Biomasse

KW - Teer

KW - Ascheschmelzverhalten

KW - thermal conversion

KW - pyrolysis

KW - tar

KW - biomass

KW - ash melting behaviour

M3 - Dissertation

ER -