Die Qualität der hergestellten Brennstoffpellets wird wesentlich vom Holzanteil und Wassergehalt des Pelletiergutes sowie von der Presskanallänge der eingesetzten Pelletpresse bestimmt. Werden die Pellets ohne Holzzusatz aus Braunkohlenxylit hergestellt, erreichen diese nahezu das Festigkeitsniveau kommerzieller Holzpellets. Wesentlich für das Trocknungsverhalten von Xylit- und Xylit-Holz-Pellets ist deren Zusammensetzung, die Trocknungstemperatur ist nur von untergeordneter Bedeutung. Als domininierender Bindemechanismus konnte der Faserformschluss identifiziert werden, wobei dieser durch Adhäsions- und Kristallisationseffekte infolge der hydro-mechanischen Aktivierung des Rohmaterials im Nassaufschlussprozess begünstigt wird. Die Xylit- und Xylit-Holz-Pellets erfordern eine auf im Vergleich zu Holzpellets aschereiche Brennstoffe ausgelegte Feuerungstechnik, wobei durch die Holzzugabe verbrennungstechnische Vorteile wie geringere NOx- und SO2-Emissionen erreicht werden können.

Im Rahmen der Arbeit wurde die Pelletierung von Braunkohlenfaserholz (Braunkohlenxylit) in Kombination mit unterschiedlichen Biomassen (Holzhackschnitzel, Waldhackschnitzel, Rapsstroh, Weizenstroh) untersucht, wobei für die Pelletierung Ring- und Flachmatrizenpressen eingesetzt wurden. Zudem wurde der Einfluss unterschiedlicher Bindemittel (Kartoffelstärke und Zellleim) auf die Agglomeratqualität untersucht. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Pelletierung von Xylit-Biomasse-Mischungen, unter Beachtung der spezifischen Rohstoffeigenschaften und des Pressaggregats, problemlos möglich ist. Allerdings erreichen die bisher hergestellten Verbundpellets noch nicht die Qualität von Holzpellets.

Im Rahmen der Arbeit wurde die Pelletierung von Braunkohlenfaserholz (Braunkohlenxylit) in Kombination mit unterschiedlichen Biomassen (Holzhackschnitzel, Waldhackschnitzel, Rapsstroh, Weizenstroh) untersucht, wobei für die Pelletierung Ring- und Flachmatrizenpressen eingesetzt wurden. Zudem wurde der Einfluss unterschiedlicher Bindemittel (Kartoffelstärke und Zellleim) auf die Agglomeratqualität untersucht. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Pelletierung von Xylit-Biomasse-Mischungen, unter Beachtung der spezifischen Rohstoffeigenschaften und des Pressaggregats, problemlos möglich ist. Allerdings erreichen die bisher hergestellten Verbundpellets noch nicht die Qualität von Holzpellets.

Im Rahmen dieser Arbeit sollten Einsatzmöglichkeiten und -grenzen von kompostierten und durch Agglomeration oder Pelletierung weiter aufbereiteten Bioabfall-Gärresten untersucht werden. Außerdem sollte geprüft werden, ob durch verschiedene Zuschlagstoffe die Eigenschaften der Produkte so verbessert werden können, dass ein marktfähiges Düngeprodukt entsteht. Dazu wurden ein Feldversuch, Gefäß-, Rhizoboxen- und Bodenatmungsversuche, phytotoxikologische Tests und Regenwurm-Vermeidungstests durchgeführt. Die Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden: Die Stickstoffverfügbarkeit von kompostierten Gärprodukten aus Bioabfällen ist gering, der Gehalt an Phosphor und Kalium aber hoch. Langfristig sind so der Aufbau eines Nährstoffdepots im Boden und die Einsparung anderer Dünger möglich. Die Produkte enthalten zudem basisch wirksame Bestandteile, welche die Kalkung teilweise ersetzen können. Komposte und Gärprodukte aus Bioabfällen können zur Steigerung der Humusgehalte im Boden beitragen. Ca. 80 % des enthaltenen Kohlenstoffs liegt in stabilisierter Form vor und kann im Boden sequestriert werden. Problematisch sind hohe Schwermetall- und Störstoffgehalte. Die gesetzlich vorgegebenen Grenzwerte wurden in 50 % der getesteten Chargen überschritten. Phytotoxische Effekte wurden nur in Einzelfällen festgestellt und waren nicht dosisabhängig, sondern traten punktuell auf. Die Aktivität der Mikroorganismen im Boden wurde durch Anwendung der Gärprodukte gefördert. Der Einfluss der Gärprodukte auf Regenwürmer konnte nicht eindeutig bestimmt werden. Eine Einschränkung der Habitatfunktion nach Gärproduktanwendung wurde nicht festgestellt. Die Aufbereitung durch Agglomeration oder Pelletierung ist möglich, ohne dass die wesentlichen positiven Eigenschaften davon beeinträchtigt werden. Durch Beimengung von Zuschlagstoffen können die Düngewirkung und die physikalischen Eigenschaften der Produkte verändert werden. Dies reduziert jedoch auch den Gehalt an stabiler organischer Substanz. / The scope of the present work was to determine the possibilities and limits for the application of composted digestates from biowaste on agricultural land. Furthermore it was tested whether it is possible to enhance the properties of the products by adding different amendments and to thereby create a marketable fertilizer product. A field trial, pot and rhizobox experiments, phytotoxicity tests and avoidance tests with earthworms were carried out. The results can be summarized as follows: The nitrogen availability of composted biowaste digestates is limited but they have high contents of phosphorus and potassium. Repeated application of biowaste digestate can help to establish a stable nutrient pool in the soil save up on other fertilizers. In addition, the products are characterized by basic constituents who can partly replace liming. Composts and fermentation products made from organic waste can contribute significantly to the increase of humus content in the soil. Approx. 80 % of the contained carbon is in stabilized form and can be sequestered in the soil. High concentrations of heavy metals and other contaminants are problematic. The legal limits were exceeded in 50 % of the tested batches. Phytotoxic effects were observed only in isolated cases and were not dose-dependent. The activity of the microorganisms in the soil was significantly promoted by the application of the digestates. The influence of the digestate products on earthworms could not be determined unequivocally. A restriction of the habitat function after digestate application was not detected. Processing by agglomeration or pelletizing to increase transportability and storage stability is possible without impairing the essential positive properties of the digestates. The addition of amendments can be used to adjust the fertilizing and physical properties of the products. This, however, reduces the content of stable organic matter.

Die Qualität der hergestellten Brennstoffpellets wird wesentlich vom Holzanteil und Wassergehalt des Pelletiergutes sowie von der Presskanallänge der eingesetzten Pelletpresse bestimmt. Werden die Pellets ohne Holzzusatz aus Braunkohlenxylit hergestellt, erreichen diese nahezu das Festigkeitsniveau kommerzieller Holzpellets. Wesentlich für das Trocknungsverhalten von Xylit- und Xylit-Holz-Pellets ist deren Zusammensetzung, die Trocknungstemperatur ist nur von untergeordneter Bedeutung. Als domininierender Bindemechanismus konnte der Faserformschluss identifiziert werden, wobei dieser durch Adhäsions- und Kristallisationseffekte infolge der hydro-mechanischen Aktivierung des Rohmaterials im Nassaufschlussprozess begünstigt wird. Die Xylit- und Xylit-Holz-Pellets erfordern eine auf im Vergleich zu Holzpellets aschereiche Brennstoffe ausgelegte Feuerungstechnik, wobei durch die Holzzugabe verbrennungstechnische Vorteile wie geringere NOx- und SO2-Emissionen erreicht werden können.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Herstellung geformter Adsorbentien aus den Agrarreststoffen Reisstroh und Bagasse. Dazu wurde eine neue Prozessroute entwickelt, anhand welcher die Ausgangsstoffe zunächst pelletiert und anschließend pyrolysiert werden. Ziel ist es ein Produkt mit hoher mechanischer Festigkeit (Ball Pan Hardness) > 80 % und spezifischer Oberfläche > 300 m2/g zu erzeugen. Dies ist durch die Auswahl geeigneter Mischungszusammensetzungen, die Anpassungen der Pelletierparameter und des Pyrolyseregimes möglich. Zusätzliche Aktivierungsschritte führen zu einer weiteren Verbesserung der spezifischen Oberfläche. Auf Basis der experimentellen Untersuchungen wurden mittels statistischer Methoden Einfluss- und Zielgrößen in Hinblick auf die anschließende empirische mathematische Modellentwicklung ausgewählt. Damit kann die spezifische Oberfläche anhand von validierten, nicht-linearen Regressionsmodellen mithilfe von Prozessparametern abgebildet werden kann.:Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Symbolverzeichnis 1 Einleitung 2 Grundlagen 2.1 Zusammensetzung und struktureller Aufbau biogener Reststoffe 2.1.1 Aufkommen biogener Reststoffe 2.1.2 Stoffliche Zusammensetzung biogener Reststoffe 2.1.3 Struktureller Aufbau biogener Reststoffe 2.2 Pelletierung biogener Rohstoffe 2.2.1 Wirkungsweise der Pelletierung 2.2.2 Stand der Forschung zur Einflussnahme auf die spezifischen Eigenschaften von Pellets aus biogenen Rohstoffen 2.3 Charakterisierung und Herstellung technischer Adsorbentien 2.3.1 Begriffsklärung, Einteilung und typische Eigenschaften technischer Adsorbentien 2.3.2 Stand der Forschung zu Wandlungsvorgängen und ihren Effekten bei der Herstellung kohlenstoffhaltiger Adsorbentien aus biogenen Rohstoffen 2.4 Ableitung der Aufgabenstellung zur Herstellung von geformten Adsorbentien aus Agrarreststoffen 3 Material und Methoden 3.1 Untersuchte biogene Reststoffe 3.2 Herstellung der Produkte und Begriffsklärung 3.2.1 Herstellung der Biomassepellets 3.2.2 Pyrolyse der biogenen Reststoffe und Pellets 3.2.3 Aktivierung der Biomassen und Formkohlen 3.3 Charakterisierung der Ausgangsstoffe, Zwischenprodukte und Produkte 3.3.1 Stoffliche Zusammensetzung 3.3.2 Mechanisch-physikalische Eigenschaften 3.3.3 Adsorptionsspezifische Eigenschaften 3.4 Vorgehensweise zur empirischen Modellentwicklung 3.5 Fehlerbetrachtung 4 Diskussion der experimentellen Ergebnisse 4.1 Charakterisierung der eingesetzten Rohstoffe 4.2 Auswahl geeigneter Mischungszusammensetzungen und Pelletierbedingungen zur Herstellung von Formkohlen 4.3 Einfluss der Pyrolysebedingungen auf die Eigenschaften der Formkohle 4.3.1 Einfluss des Pelletwassergehaltes auf die spezifische Oberfläche der Formkohlen 4.3.2 Einfluss des Pyrolyseregimes auf die spezifische Oberfläche der Formkohlen 4.4 Einfluss von Aktivierungsschritten auf die Eigenschaften der Formaktivkohlen 4.4.1 Einfluss der chemischen Aktivierung der Biomassen 4.4.2 Einfluss der Aktivierung der Formkohlen 5 Empirische mathematische Modellentwicklung 5.1 Auswahl relevanter Einflussgrößen und Zielgrößen für die empirische Modellentwicklung 5.2 Modellentwicklung zur Abbildung der spezifischen Oberfläche anhand ausgewählter Einflussgrößen 6 Zusammenfassung und Ausblick 7 Literatur 8 Anhang A. Recherche zur Zusammensetzung ausgewählter Agrarreststoff B. Übersicht über ausgewählte, wissenschaftliche Veröffentlichungen zur Herstellung von Biomassepellets C. Übersicht über ausgewählte, wissenschaftliche Veröffentlichungen zur Aktivierung von (pyrolysierten) Agrarreststoffen D. Übersicht über ausgewählte, wissenschaftliche Veröffentlichungen zur Herstellung (geformter) Kohlenstoffadsorbentien aus Reisstroh und Bagasse E. Übersicht über die Ball Pan Hardness und spezifische Oberfläche kommerziell erhältlicher Form(aktiv)kohlen F. Übersicht über die genutzten Messgeräte und die zugehörigen Messfehler G. Zusammensetzung der Aschen aus Bagasse und Reisstroh H. Übersicht über ausgewählte Charakteristika der hergestellten Formkohlen und kommerziell erhältlicher Produkte