Die nachhaltige Versorgung mit konventioneller Biomasse für die energetische Nutzung ist durch regionale land- und forstwirtschaftliche Potenziale begrenzt. Die Priorität von Nahrungs- und Futtermittelproduktion sowie der in Zukunft steigende Wettbewerb für hochwertige Biomasse durch stoffliche Verwertung (Chemikalien, Baustoffe) und die Versorgung mit flüssigem Brennstoff begrenzen die Verfügbarkeit solcher Biomassefraktionen. Deswegen ist die Erschließung alternativer Biomassequellen entscheidend für eine steigende Brennstoffproduktion zur Wärme- und Stromversorgung. Hierzu wurde ein ökonomisch umsetzbares Konzept zur Produktion hochwertiger Festbrennstoffe aus alternativen Biomasserohstoffen erstellt. Als Beispiele für die verschiedenen Biomassearten wurden Grasschnitt, Heu, Grünschnitt, Miscanthus und Mühlennebenprodukte ausgewählt. Es wurden die Rohstoffpotentiale und rechtlichen Rahmenbedingungen für die Aufbereitung und energetische Nutzung dieser Stoffe ermittelt. In Versuchsreihen im Gramm , Kilogramm- und Tonnenmaßstab wurde ein Konfektionierungsprozess für diese Rohstoffe getestet.
Durch eine Extraktion mit Wasser (Biomassewäsche / Biomasselaugung) konnte sowohl bei Halmgut und Energiegräsern als auch bei holzartigen Materialien eine signifikante Absenkung der Aschegehalte und Chlorgehalte (um bis zu 95 %) festgestellt werden. Eine starke Extraktion von Alkali- und Erdalkalimetallen, Aluminium, Chloriden, Phosphaten und Sulfaten wurde nachgewiesen.
Zur thermischen Nutzung der Brennstoffe wurde auf Grundlage der Wirbelfeuerungstechnik ein für die Brennstoffe geeignetes Heizaggregat gebaut und optimiert. In diesem neuen Prototyp konnten alle konfektionierten Brennstoffe ohne Verschlackungen verbrannt werden.
Aktualisiert: 2020-07-18
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Unter dem Begriff Bioraffinerien werden verschiedene innovative technologische Konzepte zusammengefasst, die aus nachwachsenden Rohstoffen eine Palette an energetischen, stofflichen und pharmazeutischen Produkten herstellen können, die derzeit aus fossilen Ressourcen gewonnene Produkte direkt oder indirekt ersetzen. Um die vorhandenen nachwachsenden Rohstoffe möglichst effizient zu nutzen und Konkurrenzen zu anderen Anwendungen, insbesondere der Nahrungsmittelproduktion, zu vermeiden, werden in dieser Arbeit Restbiomassen als Einsatzstoff für Bioraffinerien untersucht. Da Restbiomassen nur mit vergleichsweise geringen spezifischen Erträgen zur Verfügung stehen, wird deren geografischer Anfall mit Hilfe von Geoinformationssystemen (GIS) in der strategischen Planung von Bioraffinerien einbezogen. Ziel dieser Arbeit ist folglich die strategische Planung einer Bioraffinerie unter Berücksichtigung des geografischen Biomassenanfalls. Dadurch ergibt sich ein komplexes Entscheidungsproblem, in dem Standort, Kapazität und Konfiguration der Anlage in Wechselwirkung zueinander stehen und simultan zu optimieren sind.
Dazu wird ein hybrider Algorithmus aus einer übergeordneten heuristischen Evolutionsstrategie mit einem eingebetteten exakten nichtlinearen Programm entwickelt. Dieses Vorgehen ermöglicht erstmals die simultane Planung von Standort, Kapazität und Konfiguration von Bioraffinerien unter Berücksichtigung des geografischen Anfalls der Restbiomassen mit verschiedenen Bioraffinerietechnologien und in unterschiedlichen Regionen. Das entwickelte Entscheidungsmodell wird in zwei Fallstudien zur Planung einer Fischer-Tropsch-Bioraffinerie in Deutschland und einer Lignocellulose-Bioraffinerie im Cariboo District in British Columbia, Kanada, angewendet.
Aktualisiert: 2019-06-18
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