title: Time-dependent catalytic activity of used K-feldspar for biomass gasification
Creators: name: Hammerl, Christoph
Publisher: name: TU Wien
Year: 2019
Subjects: subject: Wirbelschcihtvergasung
subject: Bettmaterial
subject: katalytsiche Aktivität
subject: Fluidized bed Gasification
subject: Bed material
subject: Catalytic activity

description: Vor dem Hintergrund der steigenden Treibhausgasemissionen und des Pariser Klimaabkommens gewinnen grüne Technologien eine immer größere Bedeutung. Eine dieser Technologien ist die Wirbelschichtvergasung von Biomasse. Bei dieser wird aus organischen Reststoffen ein Gas gewonnen, welches energetischen Zwecken dient oder durch chemische Synthesen in Treibstoffe und andere Chemikalien umgewandelt werden kann. Ein wesentlicher Einflussparameter hierbei ist die Wahl des Bettmaterials. Diese Materialien sind aus Gründen der Nachhaltigkeit und des Preises bevorzugt mineralischer Herkunft und sollten neben einer hohen mechanischen Stabilität auch eine ausgeprägte katalytische Aktivität aufweisen. Ein häufig benutztes Bettmaterial ist Olivin, jedoch enthält dieses Schwermetalle und ist daher für einen nachhaltigen Prozess hinderlich. Generell zeigen einige Publikationen auf, dass die katalytische Aktivität von Bettmaterialien mit der Betriebsdauer zunimmt. Dieser Effekt wurde im Zuge dieser Arbeit für K-Feldspat, einem alternativen Bettmaterial, untersucht. Hühnermist, Rinde und eine Mischung aus beiden wurden als Brennstoffe für die Wirbelschichtverbrennung benutzt. In regelmäßigen Zeitintervallen wurden Proben des Bettmaterials gezogen und davon die katalytische Aktivität mittels Wassergas-Shift-Reaktion bestimmt. Die Ergebnisse zeigen eine klare Zunahme der katalytischen Aktivität mit zunehmendem Partikelalter für alle Brennstoffe. Die höchste katalytische Aktivität zeigte das Bettmaterial nach der Verbrennung von Hühnermist, gefolgt von der Mischung und Rinde. Für die Mischung wurde zusätzlich eine Modellierung durchgeführt, wobei die Potenzfunktion den Aktivitätsverlauf über die Zeit am besten darstellt. Die Anwendung der Potenzfunktion für die beiden anderen Brennstoffe ergab auch zufriedenstellende Ergebnisse. Im Zuge dieser Arbeit wurden auch die Substitutionsmöglichkeit von schwermetallhaltigem Olivin durch benutztem K-Feldspat und Schichtbildungsmechanismen als Ursache der steigenden katalytischen Aktivität diskutiert. Insgesamt konnte mit dieser Arbeit die Relevanz für zukünftige Anwendungen von K-Feldspat als Bettmaterial in der Wirbelschichtvergasung erläutert werden.
description: The fluidized bed gasification of biomass is a promising technology for meeting the aims of the worldwide effort to reduce greenhouse gas emissions. The principle of this technology is the generation of a product gas from organic residual materials, which can be further used as energy carrier or for the production of chemicals. One essential parameter is the choice of bed material, which should be mechanically stable and catalytically active. Some naturally occurring minerals fulfil these criteria. While especially olivine has been deemed suitable, its lack of sustainability due to its heavy metal content has called for alternative solutions. Previous studies have shown that during long-term operation in a fluidized bed, the surface of the bed material undergoes a modification that improves the catalytic activity. Therefore, this phenomenon was studied for an alternative bed material, namely K-feldspar. Chicken manure, bark and a mixture of both were used as feedstocks for fluidized bed combustion. The bed material samples taken at regular intervals were catalytically tested by application of the water-gas-shift reaction. The obtained results indicate an increase of the catalytic activity with particle age for all feedstocks. The highest activity was shown for bed material samples from chicken manure, followed by the mixture and bark. A power function was chosen as the most suitable model for describing the catalytic activity of bed material samples from mixture combustion. This function was also implemented for both other feedstocks and delivers satisfactory results. It is assumed and partly proven by literature that layer formation is the main reason for the increasing catalytic activity. The replacement of olivine with used K-feldspar is discussed. Generally, the increase in catalytic activity is relevant for future applications, making K-feldspar a promising bed material for future studies.