Berichte über Landwirtschaft - Bundesministerium für Ernährung ...

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Rentabilität der Hydrothermalen Karbonisierung unter
besonderer Berücksichtigung von Transportkosten
Von gerd eBerhArdt, Potsdam, MArtin Odening, Berlin,
herMAnn lOtze-CAMpen, Potsdam, Berit erlACh, Berlin, susAnne rOlinsKi, Potsdam,
piA rOthe, Potsdam und BenjAMin Wirth, Berlin
1 Ausgangslage und Problemstellung
Die Hydrothermale Karbonisierung (HTC) ist ein chemisches Verfahren zur Aufbereitung
und Veredelung von Biomasse. Der Prozess wurde bereits Anfang des 20. Jahrhunderts
von dem Chemiker frieDriCh bergius beschrieben (2)und aufgrund seiner Ähnlichkeit mit
dem natürlichen Kohleentstehungsprozess zunächst meist im Labormaßstab angewendet,
um die Vorgänge bei der Inkohlung zu erforschen. Frühe technische Anwendungen waren
einige Pilotanlagen zur hydrothermalen Behandlung von Torf, die bis in die 1960er-Jahre
in Skandinavien und der UdSSR in Betrieb waren. Erst Anfang dieses Jahrhunderts wurde
die Hydrothermale Karbonisierung wiederentdeckt und ihre Bedeutung erkannt. Im Kontext
der schwindenden fossilen Brennstoffressourcen und mit dem Wissen um die Bedeutung
von CO 2 -Emissionen für das globale Klima wird die Suche nach Alternativen zu fossilen
Energieträgern aktuell verstärkt gefördert. Im Nationalen Biomasseaktionsplan der Bundesregierung
wurde 2009 festgelegt, dass der Anteil der erneuerbaren Energieträger am
Primärenergieverbrauch von 6,7 %(Stand 2007) auf 16 %imJahr 2020 und der Anteil an
Bioenergie von 4,9 %auf 11 %ansteigen soll. Bei der Hydrothermalen Karbonisierung
wird aus Biomasse ein hochwertiger Festbrennstoffhergestellt. Dadurch kann das Verfahren
einen wichtigen Baustein bei der Erfüllung der Ziele des Biomasseaktionsplans darstellen.
Die Besonderheit des Verfahrens liegt in einer hohen Kohlenstoffeffizienz und in einer
hohen Flexibilität bezüglich der Biomasse, die als Substrat eingesetzt werden kann. Das
bedeutet, dass durch die Verwendung von Reststoffen wie Stroh, Waldrestholz und Landschaftspflegematerialien
oder anderen biogenen Rest- und Abfallstoffen einer zusätzlichen
Flächenkonkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion entgegengewirkt werden kann. Bei der
Hydrothermalen Karbonisierung handelt es sich um einen Inkohlungsprozess: Biomasse
wird bei einer Temperatur von 180–250°C und bei einem Druck von 10–40 bar innerhalb
von 1–8 Stunden in eine kohleartige Substanz, HTC-Kohle, umgewandelt. Die HTC-Kohle
kann mechanisch entwässert und getrocknet werden und weist eine hohe Lagerstabilität
auf. Der Brennwert liegt, je nach Reaktionsbedingungen und Biomasseart, zwischen 22
und 28 MJ/kg –bezogen auf die Trockenmasse (TM). Der Großteil der Energie, die zur
Vorwärmung der Biomasse erforderlich ist, kann durch die freiwerdende Reaktionswärme
und aus der Produktkühlung gedeckt werden, wozu allerdings ein komplexes Verfahren zur
Wärmerückgewinnung erforderlich ist (20; 8). Zur Erreichung der erforderlichen Reaktionstemperatur
muss dem Reaktor Prozessdampf zugeführt werden, der über einen Zusatzbrennstoff
bereitgestellt werden muss (ca. 3–15 %der Biomasseenergie). Der wesentliche
energetische Vorteil des Verfahrens liegt in der Möglichkeit der mechanischen Entwässerung
der HTC-Kohle, die im Vergleich zur thermischen Trocknung ungleich weniger
Energie benötigt. Beim Einsatz von Biomasse mit einem sehr hohen Wassergehaltkann bei
effizienter Führung des HTC-Verfahrens dadurch die Energiebilanz von HTC mit anschließender
Verbrennung günstiger sein als bei der Direktverbrennung der nassen Biomasse.
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Buel_3_11.indb 400 17.11.2011 08:13:15