Niedertemperaturkonvertierung biogener Reststoffe zum rohstofflichen Recycling von Kohlenstoff und Phosphor

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Beschreibung

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.