HTC - Hydrothermale Karbonisierung

HTC - Hydrothermale Karbonisierung
Einleitung
Die hydrothermale Karbonisierung ist ein Verfahren, welches bereits vor etwa 100 Jahren durch Friedrich
Bergius erforscht und beschrieben wurde. In den letzten Jahren bekam es, aufgrund des wachsenden Interesse
an der Verwertung von Bioabfällen, erneut Aufmerksamkeit.
Es handelt sich dabei um ein chemisches Verfahren welches die in der Natur über Jahrtausende oder
Jahrmillionen ablaufende Braunkohle Entstehung nachahmt. Dabei wird also aus Biomasse Braunkohle, Biogas
und Humus gewonnen.
Der HTC-Prozess zeichnet sich gegenüber den meisten anderen Verfahren zur Veredelung von Biomasse
dadurch aus, dass der Prozess in nasser Umgebung stattfindet (somit ist keine Vortrocknung unnötig), sowie
durch seine hohe C - Effizienz, von über 90 %. Wegen der Nassen Reaktionsumgebung ist die hydrothermale
Karbonisierung vor allem zur Verwertung von Klärschlamm interessant.
Bisher wird der Klärschlamm meist deponiert, auf Felder ausgetragen oder verbrannt.
Das einzige Verfahren, welches sowohl die Energie als auch die Nährstoffe im Klärschlamm nutzen kann ist die
Vergärung.
Im Kanton Zürich wird dies folgendermassen gemacht, der Klärschlamm wird vergärt, unter Biogasgewinnung,
anschliessend den daraus entstehenden Faulschlamm trocknet und verbrannt. Die daraus entstehende Asche
und Schlacke wird zwischengelagert, um später daraus Nährstoffe zurückzugewinnen. Im Moment wird ein
Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor angestrebt.
Vom HTC Verfahren verspricht man sich, einen besseren Brennstoff, als getrockneten Klärschlamm, mit tieferem
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Energieaufwand,
zu gewinnen. Ausserdem erhofft man sich, das Produkt des HTC Prozesses auch als
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hochpotenten! Dünger einsetzen zu können.
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Die beiden Verfahrens sind in der unteren Abbildung verdeutlicht:
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Der Frischschlamm wird entweder herkömmlich im Faulturm weiter verwertet, oder in einem HTC Reaktor.
Verfahren
Das Verfahren besteht grundlegend aus zwei Schritten:
1.Nasse Karbonisierung unter hoher Temperatur (ca. 200 ° C) und hohem Druck (ca. 30 bar). Die organischen
Moleküle werden unter Bildung von Wasser aufgebrochen.
2.Entwässerung der flüssigen Biokohle auf etwa 70 % Trockenmasse
Nebst der Biokohle entsteht bei diesem Prozess ausserdem Abgas sowie Abwasser.
Die Reaktion ist zwar exotherm, dennoch muss dem Reaktor zusätzlich Energie in Form von Wärme zugeführt
werden.
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Zum besseren Verständnis zeigt unten stehendes Schema einen Versuchsreaktror im halbindustriellen Masstab
(Werte aus: Müll und Abfall, 2012):
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Hier wurde nicht reiner Klärschlamm verwertet, sondern ein Klärschlamm und Biertreber Gemisch. Der Grund
dafür liegt darin, dass festgestellt wurde, dass der Anteil organischen Kohlenstoffes im Klärschlamm etwas zu
tief ist für einen optimalen Prozessablauf. Der Biokohleoutput entspricht etwa 12.5 kg Trockensubstanz pro
Stunde. Diese hat einen Brennwert von 23 MJ/kg(etwas höher als getrockneter Frischschlamm). Die Energie der
pro Stunde hergestellten Kohle beträgt also etwa 250MJ.
Energiebilanz
Da die Ausgangsstoffe kaum energetisch direkt nutzbar sind, wurden also etwa 107 MJ Energie pro Stunde, oder
4.3 MJ pro Feststoffinput, an Energie gewonnen. Bei einem grossindustriellen Reaktor ist aber noch mit
erheblichem Optimierungspotential zu rechnen.
Vor und Nachteile zu der Biokohle gegenüber getrocknetem Klärschlamm:
+
Bessere Entwässerung, höherer Brennwert, wenn zusammen mit anderer Biomasse karbonisiert
+
bessere Energiebilanz, da die Entwässerung leichter ist(noch nicht abschliessend bewiesen)
+
Gute Handhabung, Pelletierbar
+
Kann vergast werden
+/- Leider ist eine Nährstoffverwertung nicht besser möglich
Filtratwasser ist belastet und muss erneut der Kläranlage zugeführt werden
Angewiesen auf Zuschlag anderer Biomasse
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Ob das Verfahren im grossen Massstab effizient umgesetzt werden kann ist noch offen.
Fazit
Das HTC Verfahren ist viel versprechend zur effizienten Verwertung von Klärschlamm und muss in jedem Fall
beachtet werden. Wie effizient das Verfahren im vollen Massstab ist, und ob es auch wirtschaftlich ist, ist leider
noch nicht geklärt. Dies wird sich aber in den nächsten Jahren zeigen, besonders intensiv wird daran in
Deutschland gearbeitet.