Es soll untersucht werden, ob sich holzartige Komponenten des Siebüberlaufs von Kompostwerken mithilfe von Holzvergasung in ein Brenngassubstitut umwandeln lassen. Ein weiteres Ziel ist der regionale Einsatz der Prozessnebenprodukte: Beispielsweise Pflanzenkohle zur Bodenverbesserung in der Landwirtschaft oder abgesiebtes Feinkorn zur Bodenherstellung im Deponiebau. Erforscht wird die grundsätzliche Möglichkeit der Vergasung von Holzaufkommen, welches zuvor mehrere Wochen in einem Kompostierungsprozess verbracht hat. Neben der Prüfung der technischen Machbarkeit sollen die tangierten Stoffströme bestmöglich geschlossen und ein regionaler Wertschöpfungskreislauf bedacht werden. Zur Klärung der Forschungsfragen wird eine Testvergasung in einem Gleichstromreaktor durchgeführt und die Ergebnisse analysiert. Dafür wird der Siebüberlauf händisch sortiert und zu Holzhackschnitzeln aufbereitet, bevor er vergast wird. Anhand der Gaszusammensetzung wird eine Grobdimensionierung für eine Holzvergasungsanlage durchgeführt. Die Prozessnebenprodukte werden im Labor analysiert. Die Vergasung im Gleichstromreaktor verläuft grundsätzlich vielversprechend und die Güte des Holzgases erlaubt den Betrieb eines BHKW-Motors. Allerdings kommt es zu Verschlackungen des Reaktors, da die Holzhackschnitzel einen hohen Ascheanteil aufweisen. Das entstehende Asche-Koks-Gemisch erfüllt alle Pflanzenkohleparameter außer PAK und kann somit nicht verwertet werden. Das abgesiebte Feinkorn kann nicht unaufbereitet als Rekultivierungsschicht im Deponiebau eingesetzt werden. Trotz allem stimmen die Ergebnisse optimistisch. Der Verschlackung kann entgegengewirkt werden. Dies wäre bspw. mit Dampf statt Luft als Vergasungsmittel oder in einem Wirbelschichtreaktor möglich. Ebenso sind die PAK-Werte des Asche-Koks-Gemisches prozessabhängig. Die Arbeit zeigt also: Eine energetische Nutzung des Holzgases aus Siebüberlaufshölzern sowie die stoffliche Verwertung der Prozessnebenprodukte scheint technisch machbar, wenn die Prozessführung angepasst wird.:1 Einleitung 1.1 Forschungsfragen 1.2 Projektumfeld 1.3 Zielstellung 2 Rechtliche Berührungspunkte 2.1 Einleitung 2.2 Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz 2.3 Altholzverordnung 2.4 Bundesimmissionsschutzgesetz 3 Vergasung 3.1 Vergasungsprozess 3.2 Abgrenzung zur Verbrennung 3.3 Abgrenzung zur Pyrolyse 3.4 Stand der Forschung und der Technik 3.5 Reaktortypen 3.6 Einflussparameter 4 Brennstoffe, Prozessprodukte und Rückstände 4.1 Biomasse 4.2 Prozessprodukte 5 Regenertative Thermische Oxidation 5.1 Beschreibung der Anlage 5.2 Verwendung von Holzgas in der RTO 6 Brenngas 6.1 Grundlagen 6.2 Erdgas 6.3 Holzgas 7 Herstellung von Holzhackschnitzeln aus Siebüberlaufsmaterial 7.1 Hintergrund 7.2 Holzhackschnitzel aus Siebüberlauf 8 Kompost- und Energieanlage 8.1 Beschreibung der Anlage 8.2 Umsetzbarkeitsbetrachtung 9 Testvergasung an der Hochschule Zittau 9.1 Kooperationshintergrund 9.2 Testlauf im Gleichstromvergaser 9.3 Wirkungsgrad 9.4 Umgang mit Reststoffen 10 Auslegung eines potenziellen Vergasers 10.1 Prozessführung 10.2 Grobdimensionierung des Vergasers 10.3 Brennstoffbedarf decken 10.4 Bilanzierung der CO2-Emissionen 10.5 Einbindung in den Betriebsablauf 11 Wirtschaftlichkeit 11.1 Grundlagen 11.2 Erlöse durch Inputmaterial 11.3 Kosten der Aufbereitung 11.4 Kosten der Holzvergasung 11.5 Erlöse der Erdgassubstitution 11.6 Kosten der Reststoffentsorgung 11.7 Erlöse der Pflanzenkohle 11.8 Errichtungskosten 11.9 Investitionsrahmen 12 Zusammenfassung 12.1 Fazit 12.2 Empfohlenes weiteres Vorgehen 12.3 Persönliches Fazit

Der anhaltende Anstieg der anthropogenen Treibhausgasemissionen führt zu einer erheblichen Verschärfung des Klimawandels und bedroht damit zunehmend die Integrität der Biosphäre und Gesellschaften weltweit. Negative Emissions-Technologien (NETs) wie die Pyrogene Kohlenstoffbindung und -speicherung (PyCCS) bieten potenzielle Lösungsansätze zur Minderung dieser Bedrohung. Diese Dissertation umfasst drei Studien, in denen das Vegetationsmodell LPJmL angewendet wird, um die globalen biogeochemischen Potenziale von PyCCS unter verschiedenen Implementierungsszenarien zu analysieren und die damit verbundenen Landnutzungsdynamiken zu evaluieren, die zu den kritischsten Zielkonflikten gehören. Zunächst zeigt die erste Studie mithilfe einer bedarfsorientierten Analyse, dass die Speicherung von Pflanzenkohle im Boden das Potenzial aufweist, NE von einem Umfang zu liefern, der laut klima-ökonomischen Szenarien zur Begrenzung der globalen Klimaerwärmung auf 1,5°C erforderlich wäre, was als besonders schwer vereinbar mit Naturschutz identifiziert wird. Die zweite Studie untersucht darauffolgend einen PyCCS-Ansatz, der den Landnutzungsdruck reduziert, indem Ackerflächen für PyCCS freigegeben werden, während die Kalorienversorgung auf den verbleibenden Anbauflächen durch Ertragssteigerungen mittels Pflanzenkohlezuführung aufrechterhalten wird. Dieser Ansatz könnte NE aus Bioenergie mit CO2-Abscheidung und -Speicherung—eine wichtige NET in ökonomischen Mitigationsszenarien—ersetzen und Flächen freigeben, die alternativ die Kalorienproduktion oder Naturschutzflächen fördern könnten. Im Rahmen der dritten Studie baut die Dissertation das Verständnis über das Potenzial von LCN-PyCCS als Instrument zur Klimastabilisierung durch die zusätzliche Darstellung der sich verbreitenden Praxis der Pflanzenkohle-basierten Düngung und Sensitivitätsanalysen der angenommenen Pyrolyseparameter und Bewirtschaftungsintensitäten weiter aus. / The ongoing rise in anthropogenic greenhouse gas emissions is significantly exacerbating climate change, which poses an increasing threat to the integrity of the biosphere and societies worldwide. Negative emission technologies (NETs) like Pyrogenic carbon capture and storage (PyCCS) offer potential mitigation solutions. This dissertation comprises three studies that apply the Dynamic Global Vegetation Model LPJmL to estimate global biogeochemical potentials of PyCCS under different deployment scenarios and evaluate the associated land use dynamics, which are among the most critical potential trade-offs. The first study is a demand-driven analysis aiming to achieve NEs projected to be required for limiting global warming to 1.5°C by PyCCS deployment. It finds that that biochar application has the potential to deliver these NEs — yet only under significant land use expansion, posing a significant threat to areas identified as particularly relevant for conservation. Subsequently, a novel approach to PyCCS deployment was assessed that reduces land pressure by releasing cropland to PyCCS feedstock production while maintaining calorie supply through biochar-mediated yield increases on remaining cropland. Based on this allocation scheme and LPJmL-computed biomass yields, a sequestration potential of 0.44–2.62 Gt CO2 yr−1 was quantified alongside calculating the potential benefits of replacing NE from BECCS (bioenergy with carbon capture and storage — a prominent NET in stabilization scenarios of climate economics) with PyCCS for nature restoration and calorie production. The understanding of the potential for LCN-PyCCS as a strategy for climate stabilization was further expanded by the representation of the emerging practice of biochar-based fertilization (i.e., biochar applied as mixtures with fertilizer at lower rates than the previously evaluated soil amendment) and sensitivity analyses of assumed pyrolysis parameters and management intensities in the third study.