Schnellpyrolyse zur Biomasseumwandlung
Die Pyrolyse dient der thermischen Spaltung organischer Makromoleküle zu festen, flüssigen und gasförmigen Produkten. Die Schnellpyrolyse im speziellen optimiert durch eine sorgfältige Einstellung der Reaktionsbedingungen die Gewinnung flüssiger Bio-Öle ab. Biomasse kann dadurch in eine energiedichte, wirtschaftlich transportable und in weiteren Prozessen als Flüssigkeit gut nutzbare Form gebracht werden (auch als „biobased commodity“ bezeichnet).
Die Schnellpyrolyse am KIT wird in einem Doppelschnecken-Mischreaktor durchgeführt. In diesem wird zerkleinerter Einsatzstoff mit einem heißen Wärmeträger vermischt und dadurch in wenigen Sekunden erhitzt und thermisch zersetzt. Die dabei entstehenden Pyrolyseprodukte werden vom Wärmeträger getrennt und schlagartig abgekühlt. Der Wärmeträger wird im Kreislauf zurückgeführt und dabei wieder aufgeheizt, so dass die Pyrolyseanlage im kontinuierlichen Betrieb gefahren werden kann. Aus dem Produktstrom werden zunächst feste Produkte (Koks und Asche) abgetrennt; anschließend werden nach einer mehrstufigen Kondensation flüssige Produkte erhalten, die in weiteren Schritten (siehe Konditionierung von Pyrolyseprodukten) weiter aufgearbeitet werden können.
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Die Arbeitsschwerpunkte der Arbeitsgruppe liegen auf der Erweiterung des Spektrums möglicher Einsatzstoffe sowie auf der Optimierung und Weiterentwicklung des Schnellpyrolyse-Prozesses. Insbesondere aschereiche Biomassen sollen möglichst effizient zu nutzbaren Pyrolyseprodukten umgewandelt werden. Zur Verbesserung des Prozessverständnisses werden Laborversuche in Kombination mit kinetischen und thermodynamischen Modellen für Prozess-Simulationen eingesetzt.
Die Validierung erfolgt in der Prozessentwicklungsanlage (10 kg/h) des Instituts., an der auch neue Anlagenkomponenten, Betriebsvarianten und Messtechnik erprobt werden. Die Anlage ist Teil des Carbon Cycle Lab am KIT.
Ein zentrales Element laufender Arbeiten ist die Entwicklung von Modellen um eine zielgerichtete Produktgewinnung zu ermöglichen. Dies geschieht durch Kondensation der heißen Pyrolysegase und ist ein wichtiger Schritt, der über die Qualität des Pyrolyseöls entscheidet. Hierfür müssen Phasengleichgewichte zuverlässig berechnet werden können, was durch einen kombinierten theoretischen und experimentellen Ansatz in dieser Arbeitsgruppe untersucht wird. Die Entwicklung geeigneter Modelle ermöglicht darüber hinaus die Auslegung erforderlicher Verfahrensschritte zur Herstellung hochwertiger Produktfraktionen für spezifische Anwendungen. Dies ist als Wertschöpfungskette grundsätzlich vergleichbar mit der Nutzbarmachung von fossilem Rohöl in Raffinerien, wobei die tatsächliche technische Ausprägung dieser Wertschöpfung im Falle von Pyrolyseöl noch offen ist.