01.06.2021 | Leipzig
Für die kohlenstoffreichen Nebenprodukte der Vergasung, die sogenannten Vergaserkokse, sind eine Reihe verschiedener Einsatzmöglichkeiten denkbar. Vergaserkokse sind rechtlich jedoch sehr häufig ein Abfall. Um einen Überblick über die Eigenschaften potenziell verfügbarer Vergaserkokse zu erlangen und Nutzungsoptionen bzw. Handlungsempfehlungen für die Nachbehandlung oder die ggf. notwendige Entsorgung abzuleiten, erfolgt Rahmen des Projektes VergaFlex ein Screening der Vergaserkoksqualitäten. Die Erkenntnisse werden aus zwei Phasen gewonnen:
- Phase 1: Entwicklung einer Methode für die Analyse von Vergaserkoksen. Verwendung von sechs Vergaserkoksen unterschiedlicher Vergasungstechnologien. Dabei ging vor allem um die valide Bestimmung des PAK-Gehaltes.
- Phase 2: Anwendung der entwickelten Analysemethoden auf eine Vielzahl verschiedener Vergaserkokse. Dabei sollen auch Erkenntnisse zum Einfluss der eingesetzten Rohmaterialien, der angewandten Betriebsparameter sowie der Vergasungstechnologie gewonnen werden.
Tabelle 1: Eckdaten und Brennstoffe zu den ausgewählten Vergasungstechnologien für Phase 1 und wesentliche Eigenschaften der Vergaserkokse
Ergebnisse in Bezug auf die Zertifizierung als Pflanzenkohle
Die Proben aus Phase 1 sind inzwischen analysiert (Tabelle 2). Um die Analyseergebnisse einordnen zu können, haben wir die Vorgaben dieser Verordnungen hinzugezogen:
- Bodenschutzverordnung
- Düngemittelverordnung
- Abfallverordnung
- Deponieverordnung
- Vorgaben der Europäischen Pflanzenkohlezertifizierung hinsichtlich des Schadstoffgehaltes (Schwermetalle und PAK)
Das Ergebnis: Keiner der Vergaserkokse konnte alle Kriterien der EBC-Zertifizierung erfüllen.
Das lag zum einen an den zum Teil sehr hohen PAK-Gehalten, die lediglich bei zwei Vergaserkoksen nur knapp über den geforderten Grenzwerten der EBC-Zertifizierung von 12 mg/kgTS lagen; ansonsten lagen die Werte zwischen 2600 mg/kgTS und fast 10.000 mg/kgTS.
Noch höhere Anforderungen in Zukunft: Mit der EU-Verordnung 2019/1009 wird voraussichtlich ein PAK-Grenzwert von 6 mg/kgTS eingeführt.
Das EBC wird diesen Grenzwert übernehmen, um die Konformität mit der EU-Regulierung wahren zu können. Damit steigen die Anforderungen an Vergaserkokse. Jedoch enthält der Entwurf des Rechtsakts noch keine Regelung der zulässigen Analyseverfahren. Damit könnten PAK-Gehalte unterschätzt werden, wodurch ein Wettbewerbsnachteil für Vergaserkoksproduzenten erwachsen würde, die ihre PAK-Gehalte nach Stand des Wissens mit der Toluol-Heißextraktion bestimmen lassen. Aber auch die Grenzwerte bezüglich des Schwermetallgehalts wurden nur in einem Fall alle eingehalten. Bei den anderen fünf Proben wurde mindestens ein Schwermetallgrenzwert überschritten, wobei bei guter Qualität der eingesetzten Rohmaterialien (kein Altholz/Abbruchholz) nur der Cadmiumgehalt überschritten wird.
Tabelle 2 Ausgewählte Analyseergebnisse für die Vergaserkokse aus Phase 1
*Grenzwert für gefährlichen Abfall nach AVV: 1000 mg/kg (je PAK-Komponente); k.V.: keine Vorgabe; TM: Trockenmasse
Ergebnisse der Vorversuche zur Kompaktierung
Die kohlenstoffreichen Nebenprodukte der Vergasung, die sogenannten Vergaserkokse, fallen typischerweise feinkörnig oder staubförmig an. Für einige potentielle Anwendungen ist es günstig bzw. notwendig den Vergaserkoks zu kompaktieren. Allerdings werden die inhärenten Bindemittel der Biomasse durch die thermische Behandlung während der Vergasung im Wesentlichen zerstört.
Entsprechend sind für die Kompaktierung Bindemittel notwendig:
- Bei der Pelletierung von Holz werden typischerweise Mehl oder Stärke mit einem Anteil von max. 5% als Bindemittel eingesetzt.
- Bei der Pelletierung von torrefizierter Biomasse konnten dabei Pellets mit sehr guten Qualitäten erzeugt werden, auch wenn der Energiebedarf dennoch deutlich höher lag, als bei der Pelletierung von untorrefizierter Biomasse.
Bisherige Versuche zur Pelletierung von Vergaserkoks mit diesen Bindemitteln verliefen nicht erfolgreich:
- Es konnten keine Pellets erzeugt werden, wenn lediglich ein Bindemittel zugesetzt wurde.
- Auch eine Tablettierung mit den genannten Bindemitteln war nicht erfolgreich.
- Aber: Aus Mischungen von Vergaserkoks und Holzmehl konnten durchaus Pellets erzeugt werden!
Das DBFZ wird dies im Rahmen des Projektes VergaFlex näher untersuchen. Vergaserkoks wurden versuchsweise als Ausgangsmaterial für den 3D-Druck eingesetzt. Es konnten Formkörper erzeugt werden, allerdings sind diese noch sehr fragil und weitere Optimierungsarbeiten sind erforderlich um Vergaserkoks in diesem Bereich einsetzen zu können. Erfolgreich verliefen auch die Versuche zur Granulierung von Vergaserkoks (Abbildung 1).
Abbildung 1: Granulate aus Vergaserkoks mit Carboxymethylcellulose als Bindemittel
Dabei scheinen die Bindemittel die Porosität der Vergaserkokse nicht negativ zu beeinflussen.
Je nach eingesetztem Bindemittel weisen die Granulate unterschiedliche Stabilitäten gegenüber Wasser auf:
- Teilweise zerfallen die Granulate bei Kontakt mit Wasser sofort. Dies war z.B. bei der Verwendung von Melasse als Bindemittel der Fall.
- Bei der Verwendung von Polyvinylalkohol dagegen konnten Granulate erzeugt werden, die auch im Wasser stabil zu sein scheinen.
Auch hierzu werden vom DBFZ weitere Untersuchungen durchgeführt. Am DBFZ sollen die Granulate als Brennstoff für Mikro-KWK-Anlagen getestet werden. Am Ithaka-Institut werden mit diesen Granulaten Versuche zur Aktivierung und zur Einsatzfähigkeit als Aktivkohle durchgeführt.
Eine detaillierte Beschreibung zur Granulierung finden Sie in diesem Konferenzposter von Dr. Annett Pollex.
Wie geht es weiter? Das Forschungsprojekt VergaFlex befindet sich aktuell in Phase 2. Hier werden über 50 weitere Proben untersucht.
Ziel ist es herauszufinden, welche Verwertungsoptionen es für Vergaserkoks gibt.
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