Hydrothermale Carbonisierung HTC

Die Hydrothermale Carbonisierung (HTC) ist ein Verfahren, bei dem Biomasse in wässriger Suspension bei Temperaturen zwischen 180-250ºC und erhöhtem Druck, d. h. im geschlossenen System, in Biokohle (HTC-Kohle) überführt wird. Die entstehende HTC-Kohle hat Braunkohle-ähnliche Eigenschaften und kann somit als Energieträger aber auch zur Bodenverbesserung oder als Sorbens in der Abwasserreinigung eingesetzt werden. Der Kohlenstoff der Ausgangsbiomasse ist größtenteils Bestandteil der festen Phase, allerdings zum Teil auch im Prozesswasser gelöst, was je nach Biomasse 5-30 g_C/L ausmachen kann. Nur ein sehr geringer Teil des Kohlenstoffs wird als CO₂ freigesetzt (<5%). Als Ausgangsmaterialien können biogene Reststoffe und Abfallbiomassen, wie z. B. Klärschlamm, kommunale Abfälle, Destillationsrückstände etc. eingesetzt werden.

Wir stellen uns eine Kaskadennutzung von Biomasse vor, in der HTC eine Schlüsselrolle einnimmt. Die HTC kann mit der Biogasproduktion zur Verwertung der Prozesswässer oder zum Einsatz der Gärreste als Einsatzstoff für die HTC gekoppelt werden. CO₂-Sequestrierung tritt dann ein, wenn die Biokohle zur Bodenverbesserung eingesetzt wird.

Ein Schlüsselproblem bei der Verfahrensoptimierung ist die Entsorgung des Prozesswassers:

(a) zum einen sollte die Verwertung oder Nachbehandlung optimiert und

(b) zum anderen die Bildung und der Verbleib organischer und anorganischer Schadstoffe (aus belasteter Biomasse) untersucht werden.

Wir betreiben Grundlagenforschung zur Verfahrensoptimierung. Unser Patent beinhaltet das HTC-Verfahren in einem Tiefschachtreaktor, das auf der Vertec-Technologie beruht. Im Zustrom herrschen für die HTC günstige reduktive Bedingungen, im aufwärts laufenden Abstrom wird Sauerstoff beigefügt. Diese nachgeschaltete Nass-Oxidation der HTC-Suspension soll sowohl dazu dienen, die Exothermie des Prozesses zu begünstigen, als auch den Chemischen Sauerstoff Bedarf (CSB) und den gelösten Kohlenstoff im Prozesswasser zu verringern. Des Weiteren optimieren wir den HTC-Prozess mit dem Ziel der Dekontamination der Prozesswässer. Der Verbleib von Pestizid-Rückständen, Pharmazeutika, Kosmetika und anderen Problemstoffen (chlorierte aromatische Verbindungen, PAK usw.) sowie deren Abbauprodukte wird gezielt untersucht. Erste Untersuchungen belegen ein großes Potenzial der HTC für die Zerstörung bestimmter Stoffklassen. Zudem wird in Kooperation mit dem DBFZ das Potential der Biogasgewinnung aus HTC-Prozesswässern untersucht. Das Umwelt- und Biotechnologische Zentrum (UBZ) führt außerdem parallel Freilandversuche unter Verwendung der HTC-Kohlen zur Bodenverbesserung durch.

Schwerpunkte: 

• Durchführung der HTC mit verschiedenen Biomassen (Klärschlamm, Destillations-Rückstande, invasive aquatische Pflanzen, etc.) und Charakterisierung der Stoffströme und Produkte
• Charakterisierung, Verwertung und Behandlung der HTC-Prozesswässer
• Nass-Oxidation von HTC-Suspensionen
• Untersuchungen zur Zerstörung ausgewählter organischer Schadstoffe
  

Ansprechpartner:

Erfolgte Drittmittelfinanzierung: 

Kooperationen:

• Umwelt- und Biotechnologisches Zentrum (UBZ)
   
• Deutsches Biomasseforschungszentrum (DBFZ)         

Wichtige Publikationen:

• F.-D. Kopinke, H. Hildebrand, R. Köhler, I. Baskyr and J. Pörschmann
  Verfahren und Reaktor zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomassen im Tiefschacht-Reaktor und zur gleichzeitigen Nassoxidation der anfallenden Prozesswässer.
  EP 2.206.688 A1 (2010)
• B. Weiner, I. Baskyr, J. Poerschmann, F.-D. Kopinke
  Potential of the hydrothermal carbonization process for the degradation of organic pollutants
  Chemosphere, 92(2013) 674 - 680
• J. Poerschmann, I. Baskyr, B. Weiner, F.-D. Kopinke
  Hydrothermal carbonization of olive mill wastewater
  Bioresource Technology 133(2013) 581 - 588
• J. Poerschmann, B. Weiner, I. Baskyr
  Organic compounds in olive mill wastewater and in solutions resulting from hydrothermal carbonization of the wastewater
  Chemosphere in press