{"id":19646,"date":"2014-03-20T03:09:50","date_gmt":"2014-03-20T01:09:50","guid":{"rendered":"http:\/\/www.innovations-report.de\/html\/berichte\/agrar-forstwissenschaften\/mit-nir-zu-biobasierten-wertstoffen-nach-mass-neuer-ansatz-fuer-die-hydrothermale-biomassewandlung.html"},"modified":"2014-03-19T10:30:05","modified_gmt":"2014-03-19T08:30:05","slug":"mit-nir-zu-biobasierten-wertstoffen-nach-mas-neuer-ansatz-fur-die-hydrothermale-biomassewandlung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/mit-nir-zu-biobasierten-wertstoffen-nach-mas-neuer-ansatz-fur-die-hydrothermale-biomassewandlung\/","title":{"rendered":"Mit NIR zu biobasierten Wertstoffen nach Ma\u00df: Neuer Ansatz f\u00fcr die hydrothermale Biomassewandlung"},"content":{"rendered":"
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HTC-Prozessfl\u00fcssigkeit (links) und HTC-Kohle (rechts) (Foto: Fh-ICT)<\/figcaption><\/figure>\n

Wissenschaftler am Leibniz-Institut f\u00fcr Agrartechnik in Potsdam und am Fraunhofer-Institut f\u00fcr Chemische Technologie ICT in Pfinztal konnten zeigen, dass der Einsatz von Nah-Infrarot(NIR)-Spektroskopie f\u00fcr Prozesse der hydrothermalen Umwandlung von Biomasse einen effektiven Ansatz zur zielgerichteten Erzeugung unterschiedlichster Wertstoffe bietet. Mit Hilfe der NIR lassen sich die im Prozess entstehenden Produkte zeitnah, robust und kosteng\u00fcnstig erfassen. Damit ist die Grundlage geschaffen, um den ansonsten schwer zu kontrollierenden Konversionsprozess gezielt und energieeffizient auf die gew\u00fcnschten Stoffe auszurichten, w\u00e4hrend die Entstehung von Schadstoffen unterbunden oder vermindert wird. Die Ergebnisse werden in K\u00fcrze in der renommierten Fachzeitschrift \u201eBioresource Technology\u201c ver\u00f6ffentlicht.<\/strong><\/p>\n

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Aufbau f\u00fcr die NIR-spektroskopische Analyse von HTC-Produkten in diffuser Reflexion. Der Messkopf ist mittels Glasfaser an das NIR-Spektrometer (nicht abgebildet) angeschlossen. Eine Messung ben\u00f6tigt weniger als eine Sekunde. (Foto: Fh-ICT)<\/figcaption><\/figure>\n

Stoffe und Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen gewinnen durch die Endlichkeit fossiler Rohstoffe und deren klimasch\u00e4digende Wirkung zunehmen an Bedeutung. Die Verfahren zu ihrer Herstellung beruhen in der Regel auf biologischen oder thermochemischen Prozessen. Das thermochemische Verfahren der hydrothermalen Stoffwandlung nutzt ein w\u00e4ssriges Reaktionsmedium und kann so auch feuchte Biomasse verwerten. Je nach Prozessgestaltung lassen sich auf diese Weise sowohl fl\u00fcssige, feste als auch gasf\u00f6rmige Produkte erzeugen. Wie bei allen thermochemischen Prozessen ist die Produktbildung jedoch wenig selektiv, so dass neben den gew\u00fcnschten Produkten eine hohe Anzahl unerw\u00fcnschter Stoffe entsteht, die zum einen die Ausbeute verringern und zum anderen die Aufreinigung verteuern.<\/p>\n

Im Fokus der Kooperation von ATB und ICT stand die Frage, wie der Prozess der hydrothermalen Carbonisierung (HTC) effizienter gestaltet werden kann. Hauptprodukt hierbei ist Biokohle, ein kohlenstoff- und energiereicher Feststoff. Biokohle kann als Energietr\u00e4ger Verwendung finden, wird aber dar\u00fcber hinaus f\u00fcr eine Reihe weiterer Anwendungsbereiche gepr\u00fcft: von der Bodenverbesserung bis zur Elektrotechnik. Die Carbonisierung findet bei Temperaturen von 180 bis 250\u00b0C und Dr\u00fccken zwischen 20 und 50 Bar statt. Der HTC-Prozess liefert zun\u00e4chst einen Kohleschlamm, der anschlie\u00dfend entw\u00e4ssert werden muss. In der Regel ist sowohl die Kohle als auch die Fl\u00fcssigkeit hochgradig mit einer breiten Palette an chemischen Verbindungen belastet, die eine Nachbereitung erforderlich machen.<\/p>\n

In ihrem in der renommierten Fachzeitschrift \u201eBioresource Technology\u201c erscheinenden Artikel berichten die Wissenschaftler \u00fcber den Einsatz von Nah-Infrarot (NIR) zur spektroskopischen Ermittlung der sich im Prozess bildenden HTC-Produkte. Demnach eignet sich die NIR zur Bestimmung der Kohlequalit\u00e4t einschlie\u00dflich der durch Begleitstoffe, wie z. B. Phenol, entstehenden Verunreinigungen. Dar\u00fcber hinaus erm\u00f6glicht das NIR-Monitoring auch die Bestimmung potentieller Wertstoffe in der Prozessfl\u00fcssigkeit, wie Hydroxymethylfurfural, einer als Kraftstoff nutzbaren Chemikalie. Hierzu wurden die Rohdaten der NIR Messungen durch PLS (Partial Least Squares) Regression in Modelle \u00fcberf\u00fchrt.<\/p>\n

Ausgangsmaterial f\u00fcr diese Arbeiten war Maissilage. Als n\u00e4chstes planen die Wissenschaftler, die Anwendbarkeit auch f\u00fcr andere Biomassen zu erproben. Wirtschaftlich interessant sind dabei vor allem wasserreiche Reststoffe wie Kl\u00e4rschlamm, G\u00e4rreste und Exkremente aus der Tierhaltung. Die NIR-Spektroskopie hat das Potenzial, als industrietaugliches Messverfahren zur Steuerung einer HTC-Anlage eingesetzt zu werden. An einem Konzept wird derzeit gearbeitet.<\/p>\n

Zu den m\u00f6glichen Anwendungen f\u00fcr eine NIR-gesteuerte HTC geh\u00f6rt die Erzeugung hochwertiger, schadstoffarmer Biokohle aus G\u00e4rresten, einem Arbeitsschwerpunkt der am ATB ans\u00e4ssigen Nachwuchsgruppe APECS. \u201eHTC-Biokohle besitzt sowohl in Industrie als auch Landwirtschaft hohes Anwendungspotenzial\u201c, hebt Projektleiter Dr. Jan Mumme den Mehrwert dieses Materials hervor. \u201eNeben der Kohle k\u00f6nnen durch die HTC eine Reihe wirtschaftlich sehr interessanter Plattformchemikalien\u201c gewonnen werden, erg\u00e4nzt Dr. Toufiq Reza, der Chemieingenieur des Teams. \u201eNach unserer \u00dcberzeugung kann die NIR-basierte Steuerung hydrothermaler Verfahren wesentlich dazu beitragen, entsprechende Anlagen f\u00fcr eine breite Palette von Anwendungen zu r\u00fcsten und deren Attraktivit\u00e4t f\u00fcr Investoren und Anwender entscheidend zu erh\u00f6hen.\u201c<\/p>\n

Der am ICT t\u00e4tige Wissenschaftler Dr. Wolfgang Becker befasst sich seit vielen Jahren mit der Anwendung spektroskopischer Messverfahren f\u00fcr chemische Prozesse. \u201eDie NIR-Spektroskopie als gut etabliertes, robustes und kosteng\u00fcnstiges Messprinzip kann den Prozess der HTC besser beherrschbar und im Ergebnis kosteneffizienter machen\u201c, so der Wissenschaftler.<\/p>\n

Die Projektgruppe \u201eAPECS – Anaerobic Pathways to Renewable Energies and Carbon Sinks<\/a>\u201c wird seit 2009 vom BMBF im Rahmen von \u201eBioenergie 2021\u201c f\u00fcr die Dauer von f\u00fcnf Jahren gef\u00f6rdert.<\/p>\n

Literatur:
\n<\/strong>M. Toufiq Reza, Wolfgang Becker, Kerstin Sachsenheimer, Jan Mumme: Hydrothermal Carbonization (HTC): Near infrared spectroscopy and partial least-Squares regression for determination of selective components in HTC solid and liquid2h products derived from maize silage. Bioresource Technology 2014, DOI: 10.1016\/j.biortech.2014.03.008<\/em><\/p>\n

Kontakt ATB<\/strong><\/p>\n

Dr. Jan Mumme<\/a> \u2013 Leiter der Nachwuchsgruppe APECS<\/p>\n

Kontakt ICT
\n<\/strong>Dr. Wolfgang Becker <\/a>\u2013 Gruppenleiter Werkstoff- und Prozessanalyse
\nFraunhofer Institut f\u00fcr Chemische Technologie (Fh-ICT)
\nEnergetische Systeme
\nJoseph-von-Fraunhoferstr. 7,
\n76327 Pfinztal<\/p>\n

\u00dcber das Leibniz-Institut f\u00fcr Agrartechnik
\n<\/strong><\/em>Die Forschung des Leibniz-Instituts f\u00fcr Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB) zielt auf die ressourceneffiziente Nutzung biologischer Systeme zur Erzeugung von Lebensmitteln, Rohstoffen und Energie in Anpassung an Anforderungen von Klimaschutz und Klimawandel. Zu diesem Zweck entwickelt das ATB verfahrenstechnische Grundlagen f\u00fcr eine nachhaltige Landbewirtschaftung und stellt innovative technische L\u00f6sungen f\u00fcr Landwirtschaft und Industrie bereit. Eine Querschnittsaufgabe ist die Analyse und Bewertung des Technikeinsatzes entlang der Wertsch\u00f6pfungskette. Die im Rahmen von Bioraffinerie- und Kaskadennutzungskonzepten entwickelten Technologien sind ein Beitrag zur Schaffung einer biobasierten Stoff- und Energiewirtschaft.<\/em><\/p>\n

\u00dcber das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Chemische Technologie ICT
\n<\/strong>Das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Chemische Technologie ICT forscht und entwickelt in den Bereichen Energetische Materialien, Energetische Systeme, Angewandte Elektrochemie, Umwelt Engineering und Polymer Engineering. Unsere Expertise reicht von der Konzeption und Auslegung von Prozessen, \u00fcber Materialentwicklung, -charakterisierung und -verarbeitung, bis hin zu Konzeption, Aufbau und Betrieb von Pilotanlagen. In der Vertragsforschung bearbeitet das Institut vorwiegend kunststoffbezogene Aufgaben wie Werkstoffentwicklung und -auswahl, Produktentwicklung und Bauteilauslegung sowie die Verarbeitungstechnik, insbesondere im Hinblick auf die Weiterentwicklung von Direktverfahren. Kreislaufwirtschaft und Nachhaltigkeit bestimmen die Unternehmensstrategien der kommenden Generation. Das Fraunhofer ICT geh\u00f6rt dabei zu den insbesondere in der Umwelttechnik, zu den profiliertesten Forschungseinrichtungen. Die Entwicklung der Umweltsimulation wurde ma\u00dfgeblich vom Fraunhofer ICT mitgestaltet. Hier werden die Wirkungen von Umwelteinfl\u00fcssen auf Werkstoffe und technische Erzeugnisse untersucht. Das Institut ist seit mehr als 40 Jahren Sitz der renommierten Gesellschaft f\u00fcr Umweltsimulation GUS.<\/em><\/p>\n

Presseinformation im PDF-Format<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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