Ascheschmelzverhalten von Biobrennstoffen

Abstract

Betrachtet man die letzten Jahre mit dem Fokus auf die Nutzung von Biomasse im Energiesektor zur Bereitstellung von W¨arme und der Gewinnung von Folgeprodukten aus der Umwandlung durch biologische, chemische und thermische Prozesse, so muss man feststellen, dass der Bedarf an Biomasse stetig im Wachsen ist. Mit der Zweibett-Wirbelschicht-Dampfvergaser-Technologie ist es nun möglich ein sticksto-freies und heizwertreiches Produktgas aus fester Biomasse zu erzeugen, welches im Anschluss für weitere Treibstoffsynthesen genutzt werden kann. Aschebedingte Probleme, wie der Interaktion zwischen Bettmate-rial und Asche mit folgender Agglomeration und Schlackenbildung bedingt durch niedrige Ascheschmelztemperaturen erfordern hier noch weiteren Forschungs- und Entwicklungsbedarf. Kern der vorliegenden Arbeit war das Untersuchen des Ascheschmelzverhaltens von unterschiedlichen Biobrennstoffen mittels eines Erhitzungsmikroskops, sowie die Beeinflussung dessen durch Additive. Zu Beginn wurde der Stand des Wissens über die Biomasse allgemein, der Vergasungstechnik, dem Aschebildungsprozess und den aschebedingen Problefeldern, sowie die Bestimmung des Ascheschmelzverhaltens dargelegt. Im Versuchsteil wurden die Aschen der Proben aus Holz und günstigeren agrarischen Reststoffen Maisstroh, Maiskolben, Olivenbagasse und Zuckerrohrbagasse nach genormten, sowie eigen gewählten Zeit-Temperaturprofilen erzeugt und deren Ascheschmelzverhalten ermittelt. Weiteres waren für den Vergleich der einzelnen Proben Elementaranalysen der Brennstoffe, die Bestimmung des Asche- und Wassergehaltes, sowie Röntgen Fluoreszenz Analysen der Aschen Bestandteile der Arbeit. Dabei zeigten sich die bekannten Unterschiede im Ascheschmelzverhalten zwischen den holzartigen und alternativen Biobrennstofffen. Erstere wiesen eine relativ höhere Erweichungstemperaturen auf. Der Vergleich innerhalb der Reststoffe offenbarte jedoch auch wesentliche Abweichungen in ihren Eigenschaften untereinander, welche auf die verschiedenen Elementarzusammensetzungen der Aschen zurückzuführen waren. Um nun den Ascheschmelzvorgang zu höheren Temperaturen zu verschieben wurden Calciumcarbonat, sowie Kaolin als Additive den Brennstoffen Maisstroh, Maiskolben, Olivenbagasse und Zuckerrohrbagasse beigemengt. Calciumcarbonat führte lediglich bei Maiskolben zu einer signifikanten Steigerung der Erweichungstemperatur. Kaolin konnte bei allen der untersuchten Brennstoffe außer bei Zuckerrohrbagasse den gleichen positiven Effekt hervorrufen. Daraus war zu schließen, dass die Anwendung von Additiven bei den untersuchten Biomassen ein großes Potential für den Einsatz in Wirbelschichtanlagen besitzt.