Stabilität unterschiedlich ­aufbereiteter Biomasse

• Christine Ahlborn
• Prof. Dr. Rainer Wallmann

Zur Bewertung der Biostabilität der Produkte verschiedener Aufbereitungsverfahren wurden unterschiedliche Analyseverfahren ermittelt. Anhand einiger Verfahren wurde die Stabilität der Produkte einer Kompostierung, einer Vergärung, einer hydrothermalen Carbonisierung, und der Pyrolyse ermittelt. Als Ausgangssubstrat diente Treibsel, eine Mischung verschiedener Salzwiesenpflanzen und Holz, die an den Deichen der Nordseeküste angeschwemmt wird. Als Referenzmaterial wurde eine Steinkohle untersucht. Zur Ermittlung der Biostabilität der Substrate wurde u. a. die Atmungsaktivität bestimmt, der Inkohlungsgrad anhand der H/C und O/C-Verhältnisse ermittelt, die funktionellen Gruppen in den Verbindungen der Substrate anhand eines Infrarotabsorptionsspektrums betrachtet und die gelösten Anteile des organischen Kohlenstoffs bestimmt. Zusätzlich wurde eine Kernresonanzmessung (ssNMR) zur Charakterisierung der Kohlenstoffverbindungen durchgeführt. Bei der Treibsel-Frischmasse, der Pyrolysekohle aus Treibsel und der Steinkohle führten alle Analysemethoden zu einem eindeutigen Ergebnis. Die Treibsel-Frischmasse weist als Ausgangssubstrat die geringste Stabilität auf. Die Pyrolysekohle besteht aus sehr stabilen Verbindungen und die erwartete Stabilität der Steinkohle wurde durch die Verfahren bestätigt. Für die Substrate aus den biologischen Aufbereitungsverfahren und der hydrothermalen Carbonisierung zeigte sich jedoch, dass nicht alle Verfahren zu einer einheitlichen Aussage über die Stabilität der Produkte führten. Um präzisere Angaben über die Biostabilität von Treibsel- Kompost, Treibsel-Gärrest und die HTC-Kohle machen zu können, sind weitere Analysen erforderlich, um die entstandenen Strukturen aufzuklären. Es ist davon auszugehen, dass die Gesamtstruktur dieser Substrate sich aus unterschiedlich stabilen Strukturanteilen zusammensetzt. Für die HTC-Kohle ist dabei zu bemerken, dass je nach Ausgangssubstrat und den entsprechenden Verfahrenseinstellungen (Druck und Temperatur) unterschiedliche Produkte entstehen, die entsprechend veränderte Biostabilitäten aufweisen können. Daher sind allgemeingültige Aussagen zur Stabilität von HTC-Kohlen derzeit nur in eingeschränktem Maße möglich. Zur ganzheitlichen Bewertung von Biokohlen, insbesondere im Vergleich zwischen HTC- und Pyrolysekohle, müssen jedoch in zukünftigen Untersuchungen neben den erzeugten Kohlenstoffverbindungen auch die Gesamt-Massen- und Energiebilanzen der Carbonisierungsverfahren mit berücksichtigt werden.

To determine the biostability of the products of different treatment processes, various methods of analysis were assessed. With some methods the stability of products of a composting, an anaerobic digestion, a hydrothermal carbonization and a pyrolysis process was found. The input material was floating refuse, a mixture of different halophytes and wood, washed ashore of the North Sea. The reference material is mineral coal. To determine the biostability of the substrates, among other things the respiration activity was tested, the degree of carbonization by means of H/C and O/C ratios assessed, the functional groups within the compounds of the substrates by means of an infrared absorption spectrum looked at and the dissolved shares of the organic carbon identified. In addition, a nuclear resonance measurement (ssNMR) was carried out to characterize the carbon compounds. For the floating refuse fresh matter, the pyrolysis coal from floating refuse and the mineral coal all analytical methods led to a clear result. The floating refuse fresh matter as input material has the lowest stability. The pyrolysis coal consists of very stable compounds and the stability of the mineral coal was also proven by the methods. However, for the substrates from the biological treatment processes and the hydrothermal carbonization it could be shown that not all processes led to a uniform result with regard to the stability of the products. In order to get more details on the stability of compost from floating refuse, of digested material from floating refuse and of the HTC coal further analyses are required to explain the formed structures. It has to be assumed that the overall structure of these substrates is composed of differently stable structure fractions. For the HTC coal it can be stated that different products are formed, depending on the input substrate and the respective process conditions (pressure and temperature), that may have respectively varying biostabilities. Therefore at the moment general statements of the stability of HTC coals are only possible to a limited extent. For a holistic assessment of biochar, especially for the comparison between HTC and pyrolysis coal, apart from the produced carbon compounds future research will also have to consider the overall mass and energy balances of the carbonization processes

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