Niedertemperaturkonvertierung biogener Reststoffe zum rohstofflichen Recycling von Kohlenstoff und Phosphor (PDF)

Die vorliegende Untersuchung behandelt die Verwertung organischer Reststoffe auf dem Wege der Niedertemperaturkonvertierung. Aufgezeigt werden Lösungswege zum Recycling der Elemente Kohlenstoff und Phosphor. Experimentelle Untersuchungen basieren auf Produkten aus statischen Umsetzungen der Substrate (Rapspresskuchen, Klärschlamm, Tierund Fleischknochenmehl, Getreideschlempe und Apfeltrester) im rohrförmigen Laborofen bei 400 C unter Stickstoffatmosphäre und zweier kontinuierlich betriebener Pilotanlagen. Ein Fokus liegt auf der Verbesserung der Produkteigenschaften durch die Zugabe von Soda zum Substrat vor der Konvertierung. Die entstehenden Konvertierungsöle zeichnen sich durch einen höheren Grad der Entfunktionalisierung von Heteroatomen aus. In Bezug auf die Sauerstoffkonzentration im Konvertierungsöl der untersuchten Substrate liegt diese ohne Soda-Zusatz bei etwa 10 % und erfährt durch die Umsetzung in Gegenwart von Soda eine Reduktion auf etwa 5 %. Die qualitative Verbesserung ist auf eine alkalische Verseifung der Lipide mit anschliessender thermischer Zersetzung der Natriumsalze der Fettsäuren zurückzuführen. Im Zuge dieser Reaktionsfolgen wird Wasser verbraucht. Darauf aufbauend gelingt in einer Anlage im Pilotmassstab ( = 20 kg/h) bei Verwendung von Tierfett als Ausgangssubstrat eine nahezu vollständige Decarboxylierung der Fette in Kohlenwasserstoffe. Der organisch gebundene Phosphor der biogenen Reststoffe kann nach der Konvertierung in der gebildeten Kohle als Polyphosphat vorliegen. Hingegen entstehen bei Zugabe von Soda vor der Konvertierung ortho-Phosphate. Sie sind grösstenteils wasserlöslich. Die Pflanzenverfügbarkeit dieser Phosphate wird im Gefässversuch mit Deutschem Weidelgras (Lolium perenne L.) nachgewiesen. Schon im Ausgangssubstrat vorliegende stabile Phosphate wie Apatit oder Eisenphosphat werden in der Niedertemperaturkonvertierung nicht verändert. Bei direkter Verwendung der phosphathaltigen Kohle aus der Niedertemperaturkonvertierung in Düngemittelkonzepten ergeben sich zusätzliche Möglichkeiten der langfristigen Fixierung von Kohlenstoff im Boden. Brennstoffanalysen der Kohle aus der Niedertemperaturkonvertierung zeigen, dass bei der Umwandlung von Rapspresskuchen, Getreideschlempe und Apfeltrester feste Rückstände mit physikalischen Eigenschaften von Steinkohlen entstehen. Hingegen werden bei der Konvertierung von Klärschlamm, Tier- und Fleischknochenmehl überwiegend Festprodukte vom Typ "Braunkohle" gebildet.