Abstract

Zur Untersuchung des Einflusses von Additiven auf die pyrolytische Zersetzung von Biomasse wurde in einem durch externe (allotherm) Wärmeeinwirkung beheizten Labor- Pyrolyseversuchstand in einer Stickstoffatmosphäre die Zersetzung von Waldfichtholz (WFH) in gasförmige (Pyrolysegase), flüssige (Pyrolyseöle) und feste (Pyrolysekohle) Produkte untersucht.

Als Additive wurden Calciumoxid (CaO) und Kaliumcarbonat (K2CO3) gewählt, weil sie einen starken Einfluss auf die Pyrolyse haben sollen, wie aus folgenden Veröffentlichungen hervorgeht. Der Einfluss von Calciumoxid wurde von Jordan und Akay bei der Vergasung von Brennstoffbagasse untersucht. Ebenso haben Jang et al. die Zersetzungstemperaturen der einzelnen Holzbestandteilen (Cellulose, Hemicellulose und Lignin) durch Zugabe von K2CO3 untersucht.

In dieser Arbeit werden Massekonzentrationen der Additive von 3 und 10 Masseprozent (Ma %), sowie auch beider Additive mit jeweils 3 Ma %, eine Pyrolysetemperatur von 800 °C, Aufheizrate von 10 K/min und Haltezeit von einer Stunde gewählt. Ebenso wurden die Auswirkungen von Haltezeit und Aufheizrate von Waldfichtholz bei der Pyrolysetemperatur von 600 °C bezüglich der Massebilanz untersucht. Ein Vergleich der Massebilanzen von Haselnusshaut (NH) mit Waldfichtholz (WFH) bei den Pyrolysetemperaturen 400, 600 und 800 °C wurde ebenfalls durchgeführt.

Durch die Additive von wurde die Synthesegasausbeute um 6,87 bis 27,43 % im Vergleich mit nur WFH erhöht. Für diese Versuche wurden die entstandenen Brenn- und Synthesegase (H2, CO, CO2 und CH4), wie auch die Substrattemperatur mit aufgezeichnet und tabellarisch, wie auch in Abbildungen, in dieser Arbeit dargestellt. Im Gegenzug der Gaserhöhung sank die Teerproduktion um maximal 8,5 Ma %. Die Gasbrennwerte stiegen von WFH durch Verwendung der Additive. Die ermittelten Fließtemperaturen bei der Ermittlung des Ascheschmelzpunktes lagen am tiefsten bei 10 Ma % K2CO3 bei 890 °C. Bei den Versuchen mit 10 Ma % CaO und 3 Ma% CaO + 3 Ma % K2CO3 hingegen lagen sie bei 1430 und 1410 °C. Sowohl die Auswirkungen der gesteigerten Aufheizrate von 10 auf 20 K/min, als auch der erhöhten Haltezeit von 1 auf 5 Stunden bei Waldfichtholz waren marginal, denn es konnte kaum eine Verschiebung des Anteils der entstandenen Pyrolyseprodukte vermerkt werden. Der feste Biobrennstoff Nusshaut schneidet im Vergleich mit Waldfichtholz positiv ab. Der Gasbrennwert liegt bei NH 800 °C bei 12,86 MJ/kg im Vergleich mit WFH 800 °C 11,4 MJ/kg höher. Die Anteile der flüssigen Produkte liegen bei NH zwischen 28,1 und 29,9 Ma %. Waldfichtholz besitzt einen wesentlich höheren Anteil der Flüssigphase von 48,8 bis 49,8 Ma %. Der Gasanteils liegt bei NH um maximal 7,2 Ma % höher.