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Biomasse im Stoffkreislauf mittels der Hydrothermalen Carbonisierung energetisch nutzen
Die Landwirtschaft geht schon seit jeher so vor, dass sie den Mist und die Gülle wieder auf die Felder austrägt und so dem biogenen Stofffluss seinen natürlichen Lauf ermöglicht. Es gilt wieder vermehrt auf die perfekten Abläufe in der Natur zu achten und diese als Basis für technische Lösungen zu verwenden.
Eine solche Technik ist die Hydrothermale Carbonisierung (HTC). Wie der Name bereits ausdrückt, wird bei diesem Verfahren, welches bereits 1913 zum ersten Mal angewendet wurde, mittels Wärme Wasser aus der Biomasse herausgelöst und eine Verkohlung bewirkt. In der Natur läuft dieser Prozess auch ab und hat im Laufe von Jahrmillionen das Erdöl, das Erdgas und die Kohle gebildet. Speziell ist bei diesem Verfahren, dass durch Druck und Wärme die molekularen Strukturen der Biomassen aufgebrochen und so Wasserstoff- und Sauerstoffatome freigesetzt werden. Diese Atome binden sich zu Wasser und setzen dabei Energie (Bindungsenergie) in Form von Wärme frei. Das hat zur Folge, dass in der restlichen Biomasse eine Kohlenstoffkonzentration resultiert. So entsteht innerhalb von Stunden eine Art von Braunkohle, die man oft auch „Biokohle“ oder „Grüne Kohle“ nennt, da diese Kohle CO2-neutral ist, weil sie in einem kurzen Zeitabschnitt entstanden ist.
Wenn das so einfach ist und man das Verfahren schon lange kennt, warum wird es dann nicht schon längstens angewandt?
Dafür gibt es verschiedene Gründe:
Damit eine HTC-Anlage wirtschaftlich erfolgreich ist, muss sie diese interessante Konvertierung der Biomasse in eine Art Braunkohle mit möglichst geringem externem Energieaufwand durchführen können. Es nützt nichts, wenn man den Energiegehalt der Biokohle zwar in Form eines lagerfähigen Stoffs nutzen kann, doch zu dessen „Produktion“ viel Energie aufwenden muss.
Das Aufbrechen der Moleküle findet ab ca. 180°C statt. Dabei muss man mittels Druck dafür sorgen, dass das Wasser nicht verdampfen kann. Das bedeutet, dass Drücke erzeugt werden müssen, die ein Verdampfen verhindern. Bei einer Temperatur von 220°C benötigt dies einen minimalen Druck von 22 bar. Da sind dann enorme Drücke vorhanden, die man in einem Reaktor auffangen muss. Hier ist die Kompetenz des Anlagenbauers gefragt. In unserem Fall die Firma KELAG AG in Sennwald, die sich seit Jahren auf solche Anwendungen spezialisiert hat.
Damit eine solche Anlage wenig Energie benötigt, wird die bei der Bildung von Wasser frei werdende Wärme genutzt, d.h. man verwendet also gleich die aus der Biomasse frei werdende Energie.
Etwas heikel ist die Tatsache, dass man ebenfalls aus energetischen Gründen einen kontinuierlichen Prozessablauf anstreben sollte. Das heisst, dass man Biomasse einbringt und Biokohle austrägt und das bei den erwähnten Temperaturen und den erforderlichen Drücken. Im Alltag hiesse dies, dass man bei einem Kochtopf das Gemüse hineinlegen und herausnehmen kann, ohne den Deckel zu öffnen.
Auf dem Areal der ARA Buchs entsteht zurzeit die Pilotanlage, die mit Grüngutabfällen und entwässertem Klärschlamm betrieben wird und eine Biokohle aufbereitet, deren Energiegehalt dann in der Kehrichtverbrennung nebenan getestet wird, indem man sie grosstechnisch verfeuert.
Die Anlagenplaner und -bauer sind überzeugt, mit dieser Anlage ein Produkt zu entwickeln, welches eine hohe lokale Wertschöpfung zur Folge haben wird und welches als nachhaltige Energiegewinnungsanlage gefragt sein wird. Das ganze Unterfangen ist nur möglich, weil es Unternehmer gibt, die sich auf die Innovationskraft unserer Region abstützen und weil wir im Raume Buchs über ein ideales Umfeld für die Testphase auf der ARA Buchs und bei der Kehrichtverbrennung verfügen und uns ausserdem auf das politische Umfeld verlassen können.
Innovative Produkte setzen Visionen und unternehmerischen Mut voraus.
Roland Rebsamen | Oktober 2011
Roland Rebsamen, El Ing FH / Faching NTB, ist seit August 2009 CEO der Firma TFC Engineering in Ruggell. Davor war er 13 Jahre Entwicklungsingenieur für Regelungs- und Steuerungstechnik, 15 Jahre Dozent an der Hochschule für Technik Buchs NTB Elektronik, Elektrotechnik, Automatisierungstechnik und 4 Jahre Direktor EWB, Wasser- und Elektrizitätswerk Buchs. www.tfc-engineering.li