Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Wandlung von Weichbraunkohlen in nie-dermolekulare Produkte durch Reaktion mit Alkanolen, insbesondere Ethanol, unter nahe- bzw. überkritischen Bedingungen. Als potenziell verwertbare Produkte ent-stehen eine ethanollösliche Fraktion, die hohe Anteile an heteroatomfreien aroma-tischen Verbindungen sowie Phenolen enthält, bzw. eine heptanlösliche Fraktion, die große Mengen wachsähnlicher, aliphatischer Komponenten enthält. Ein Screening von Lösungsmitteln verschiedener Stoffklassen ergab, dass neben Tetrahydronaphthalin insbesondere der Einsatz von n-Alkanolen mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen zu hohen Umsätzen des makromolekularen Anteils der Kohle in wesentlich niedermolekularere lösliche Verbindungen führt. Ethanol wird aufgrund seines vergleichsweise niedrigen Preises, der Verfügbarkeit in großen, vorwiegend aus biogenen Quellen hergestellten Mengen sowie der leichten Abtrennbarkeit vom Extrakt für die weiteren Untersuchungen ausgewählt. Anhand systematischer Untersuchungen des Einflusses verschiedener Reaktions-parameter wie Temperatur, Verweilzeit oder Dichte des Lösungsmittels wird der Prozess hinsichtlich Kohleumsatz und Ethanolverbrauch optimiert. Es zeigt sich, dass bei günstiger Parameterwahl nahezu der gesamte makromolekulare Anteil der Kohle in lösliche Produkte überführt werden kann. Kohlezusammensetzung, Reaktionstem-peratur sowie Verweilzeit stellen die Haupteinflussgrößen auf den Prozess dar. Ein großes Augenmerk liegt auf der Analytik der festen, flüssigen und gasförmigen Produktfraktionen mit einer großen Breite instrumenteller Techniken. Deren Ziel ist die Aufklärung der ablaufenden Reaktionen zwischen Kohle und Alkanol. Bisher war wenig darüber bekannt, welche Typen von Verbindungen bzw. funktionellen Gruppen der Braunkohle mit Ethanol reagieren und zu dessen Zersetzung beitragen. Um diese Fragestellung beantworten zu können, wird die Komplexität des Systems Kohle-Alkanol reduziert. Dies wird durch die Untersuchung von Reaktionen zwischen Ethanol und Modellkomponenten, die für Braunkohlen typische funktionelle Gruppen tragen, erreicht. Darüber hinaus erfolgt auch eine Betrachtung des Einflusses von Erdalkali- und Alkalimetallcarboxylaten bzw. -phenolaten, da derartige Bindungsformen aufgrund des hohen Anteils acider funktioneller Gruppen in Braunkohlen häufig auftreten. Im Ergebnis ist festzuhalten, dass ein hoher Umsatz des makromolekularen Anteils der Kohle in niedermolekulare Produkte nur möglich ist, wenn auch die Zersetzung des Alkanols schnell abläuft. Dies ist genau dann der Fall, wenn in der Reaktions-mischung ein hoher Anteil an Komponenten vorliegt, die Hydroxy-, Carboxy- oder Ethergruppen tragen. Diese Gruppen unterstützen in unterschiedlichem Ausmaß die Dehydrierung und anschließende Spaltung des Ethanols in Kohlenmonoxid und Methan bzw. die Dehydratisierung zu Ethen. Dabei treten Ionen und Radikale als reaktive Zwischenprodukte auf, welche die Fragmentierung der Kohlematrix unter-stützen. Alle relevanten Reaktionspfade werden schließlich zu einem globalen Reak-tionsschema zusammengeführt.:1 Motivation und Problemstellung 2 Stand der Wissenschaft und Technik 2.1 Eigenschaften von Weichbraunkohlen 2.1.1 Inkohlungsreihe und Klassifikation von Kohlen 2.1.2 Zusammensetzung von Braunkohlen 2.1.3 Makromolekulare Struktur der organischen Anteile von Braunkohlen 2.1.4 Einsetzbarkeit von Braunkohlen in thermochemischen Konversionsprozessen 2.2 Kohleverflüssigungsprozesse 2.2.1 Systematik 2.2.2 Pyrolyse 2.2.3 Bergius-Pier-Verfahren 2.2.4 Pott-Broche-Verfahren 2.3 Extraktion von Kohlen mit nahe- und überkritischen Lösungsmitteln 2.4 Alkanole als reaktive Lösungsmittel 2.4.1 Lösungseigenschaften 2.4.2 Reaktionen im unterkritischen Zustand 2.4.3 Reaktionen von reinen Alkanolen im nahe- und überkritischen Bereich 2.4.4 Reaktionen von Alkanolen mit Modellkomponenten im nahe- und überkritischen Bereich 2.5 Umsetzung von Kohlen, Biomassen und Kunststoffen mit n-Alkanolen 2.5.1 Umesterung von Triglyceriden 2.5.2 Depolymerisation von Kunststoffen 2.5.3 Verflüssigung von Ligninen 2.5.4 Upgrading von Bioölen 2.5.5 Extraktion von Braunkohlen 2.6 Produkte der Extraktion von Braunkohlen mit Ethanol 2.7 Reaktionsmechanismus der Extraktion von Braunkohlen mit Ethanol 3 Experimentelles Vorgehen und verwendete Analytik 3.1 Präzisierung der Aufgabenstellung und Herangehensweise 3.2 Aufbereitung der Rohkohlen 3.3 Kohleextraktion 3.3.1 Autoklavenversuche 3.3.2 Semikontinuierliche Kohleextraktion 3.4 Produktaufbereitung 3.4.1 Parametervariation 3.4.2 Ergänzende Versuche zur Parametervariation 3.4.3 Experimente mit Modellkomponenten 3.5 Analytische Methoden 3.5.1 Analyse der Gasproben 3.5.2 Analyse der Extraktfraktionen 3.5.3 Analyse fester Proben (Kohlen, Rückstände) 3.6 Bilanzierung der Versuche 3.6.1 Massenbilanz 3.6.2 Elementbilanz 3.7 Berechnung verschiedener Größen zur Prozessbewertung 3.8 Fehlerbetrachtung und Wiederholbarkeit 4 Ergebnisse und Auswertung der Untersuchungen 4.1 Charakterisierung der Einsatzstoffe 4.2 Lösungsmittel-Screening 4.3 Parametereinfluss auf Produktausbeuten 4.3.1 Untersuchte Parameter und Bereiche 4.3.2 Temperatur- und Druckverlauf im Autoklav 4.3.3 Einfluss der Reaktionstemperatur 4.3.4 Einfluss der Verweilzeit 4.3.5 Einfluss des Kohlewassergehaltes 4.3.6 Einfluss der Dichte des überkritischen Ethanols 4.3.7 Einfluss der Korngröße 4.3.8 Einfluss der Gasatmosphäre 4.3.9 Einfluss der Kohlezusammensetzung 4.3.10 Einfluss der Kohlevorbehandlung 4.3.11 Einfluss der Kettenlänge des Alkanols 4.3.12 Einfluss der Reaktionsführung 4.4 Zwischenfazit Parametereinfluss 5 Detaillierte Produktanalytik 5.1 Charakterisierung des Produktgases 5.2 Charakterisierung der Extraktfraktionen 5.2.1 Elementarzusammensetzung 5.2.2 Molekülgrößenverteilung 5.2.3 ATR-FTIR-Spektroskopie 5.2.4 13C- und 1H-NMR-Spektroskopie 5.2.5 Gaschromatographie 5.3 Charakterisierung des Rückstands 5.3.1 Elementarzusammensetzung 5.3.2 ATR-FTIR-Spektroskopie 5.3.3 Röntgenphotoelektronenspektroskopie 5.4 Zwischenfazit Produktanalytik 6 Untersuchung der Reaktionswege von Modellkomponenten 6.1 Produktgasmengen und entstehendes Wasser 6.2 Ethanollösliche Produkte 6.3 Ableitung möglicher Reaktionswege 6.3.1 Phenol und Benzoesäure 6.3.2 Diphenylether 6.3.3 Phenetol und Veratrol 6.3.4 Ethanol 6.4 Zwischenfazit Modellkomponenten 7 Diskussion der Ergebnisse 7.1 Verwertbarkeit der Produkte 7.2 Beeinflussung von Kohleumsatz und Extraktausbeute 7.3 Ethanolverbrauch 7.4 Schema der ablaufenden Reaktionen 8 Zusammenfassung und Ausblick A Anhang B Literaturverzeichnis C Abkürzungsverzeichnis D Verwendete Formelzeichen / The subject of the present work is the conversion of lignite into low-molecular products by reaction with alkanols, especially ethanol, under near- or supercritical conditions. The ethanol-soluble fraction, which contains high amounts of heteroatom-free aromatic compounds and phenols as well as the heptane-soluble fraction, which contains large amounts of wax-like, aliphatic components are both potentially usable products. A screening of solvents of different substance classes showed that, in addition to tetrahydronaphthalene, the use of n-alkanols with at least two carbon atoms leads to high conversions of the macromolecular coal matrix into soluble compounds with much lower molecular weight. Ethanol is selected for further investigations because of its comparatively low price, its availability in large quantities, mainly from biogenic sources, and its simple separability from the extract. The process is optimized in regard to coal conversion and ethanol consumption by means of systematic investigations of the influence of various reaction parameters such as temperature, residence time or density of the solvent. It has been shown that almost the entire macromolecular coal content can be converted into soluble products if the parameters are selected favorably. Coal composition, reaction temperature and residence time are the main factors influencing the process. A great deal of attention is paid to the analysis of solid, liquid and gaseous product fractions using a wide range of instrumental techniques. The aim of these techniques is to clarify the reactions taking place between coal and alkanol. So far, little was known about which types of compounds or functional groups of lignite react with ethanol and contribute to its decomposition. To answer this question, the complexity of the coal-alkanol system is reduced. This has been achieved by studying reactions between ethanol and model components containing functional groups typical for lignite. In addition, the influence of alkaline earth and alkali metal carboxylates and phenolates is also considered, since such forms of bonding are common due to the high proportion of acidic functional groups in lignite. In conclusion, it can be stated that a high conversion of the macromolecular coal content into low-molecular products is only possible if the decomposition of the alkanol takes place rapidly. This is the case when the reaction mixture contains a high pro-portion of components containing hydroxy, carboxy and ether groups. These groups support, to varying degrees, the dehydrogenation and cleavage of ethanol into carbon monoxide and methane or the dehydration to ethene. Within these reactions, ions and radicals occur as reactive intermediates which support the fragmentation of the carbon matrix. All relevant reaction pathways are finally combined to form a global reaction scheme.:1 Motivation und Problemstellung 2 Stand der Wissenschaft und Technik 2.1 Eigenschaften von Weichbraunkohlen 2.1.1 Inkohlungsreihe und Klassifikation von Kohlen 2.1.2 Zusammensetzung von Braunkohlen 2.1.3 Makromolekulare Struktur der organischen Anteile von Braunkohlen 2.1.4 Einsetzbarkeit von Braunkohlen in thermochemischen Konversionsprozessen 2.2 Kohleverflüssigungsprozesse 2.2.1 Systematik 2.2.2 Pyrolyse 2.2.3 Bergius-Pier-Verfahren 2.2.4 Pott-Broche-Verfahren 2.3 Extraktion von Kohlen mit nahe- und überkritischen Lösungsmitteln 2.4 Alkanole als reaktive Lösungsmittel 2.4.1 Lösungseigenschaften 2.4.2 Reaktionen im unterkritischen Zustand 2.4.3 Reaktionen von reinen Alkanolen im nahe- und überkritischen Bereich 2.4.4 Reaktionen von Alkanolen mit Modellkomponenten im nahe- und überkritischen Bereich 2.5 Umsetzung von Kohlen, Biomassen und Kunststoffen mit n-Alkanolen 2.5.1 Umesterung von Triglyceriden 2.5.2 Depolymerisation von Kunststoffen 2.5.3 Verflüssigung von Ligninen 2.5.4 Upgrading von Bioölen 2.5.5 Extraktion von Braunkohlen 2.6 Produkte der Extraktion von Braunkohlen mit Ethanol 2.7 Reaktionsmechanismus der Extraktion von Braunkohlen mit Ethanol 3 Experimentelles Vorgehen und verwendete Analytik 3.1 Präzisierung der Aufgabenstellung und Herangehensweise 3.2 Aufbereitung der Rohkohlen 3.3 Kohleextraktion 3.3.1 Autoklavenversuche 3.3.2 Semikontinuierliche Kohleextraktion 3.4 Produktaufbereitung 3.4.1 Parametervariation 3.4.2 Ergänzende Versuche zur Parametervariation 3.4.3 Experimente mit Modellkomponenten 3.5 Analytische Methoden 3.5.1 Analyse der Gasproben 3.5.2 Analyse der Extraktfraktionen 3.5.3 Analyse fester Proben (Kohlen, Rückstände) 3.6 Bilanzierung der Versuche 3.6.1 Massenbilanz 3.6.2 Elementbilanz 3.7 Berechnung verschiedener Größen zur Prozessbewertung 3.8 Fehlerbetrachtung und Wiederholbarkeit 4 Ergebnisse und Auswertung der Untersuchungen 4.1 Charakterisierung der Einsatzstoffe 4.2 Lösungsmittel-Screening 4.3 Parametereinfluss auf Produktausbeuten 4.3.1 Untersuchte Parameter und Bereiche 4.3.2 Temperatur- und Druckverlauf im Autoklav 4.3.3 Einfluss der Reaktionstemperatur 4.3.4 Einfluss der Verweilzeit 4.3.5 Einfluss des Kohlewassergehaltes 4.3.6 Einfluss der Dichte des überkritischen Ethanols 4.3.7 Einfluss der Korngröße 4.3.8 Einfluss der Gasatmosphäre 4.3.9 Einfluss der Kohlezusammensetzung 4.3.10 Einfluss der Kohlevorbehandlung 4.3.11 Einfluss der Kettenlänge des Alkanols 4.3.12 Einfluss der Reaktionsführung 4.4 Zwischenfazit Parametereinfluss 5 Detaillierte Produktanalytik 5.1 Charakterisierung des Produktgases 5.2 Charakterisierung der Extraktfraktionen 5.2.1 Elementarzusammensetzung 5.2.2 Molekülgrößenverteilung 5.2.3 ATR-FTIR-Spektroskopie 5.2.4 13C- und 1H-NMR-Spektroskopie 5.2.5 Gaschromatographie 5.3 Charakterisierung des Rückstands 5.3.1 Elementarzusammensetzung 5.3.2 ATR-FTIR-Spektroskopie 5.3.3 Röntgenphotoelektronenspektroskopie 5.4 Zwischenfazit Produktanalytik 6 Untersuchung der Reaktionswege von Modellkomponenten 6.1 Produktgasmengen und entstehendes Wasser 6.2 Ethanollösliche Produkte 6.3 Ableitung möglicher Reaktionswege 6.3.1 Phenol und Benzoesäure 6.3.2 Diphenylether 6.3.3 Phenetol und Veratrol 6.3.4 Ethanol 6.4 Zwischenfazit Modellkomponenten 7 Diskussion der Ergebnisse 7.1 Verwertbarkeit der Produkte 7.2 Beeinflussung von Kohleumsatz und Extraktausbeute 7.3 Ethanolverbrauch 7.4 Schema der ablaufenden Reaktionen 8 Zusammenfassung und Ausblick A Anhang B Literaturverzeichnis C Abkürzungsverzeichnis D Verwendete Formelzeichen

Die Broschüre informiert über die Ergebnisse der Untersuchungen zu den geogenen Ursachen der Entstehung von Sauerwasser, einem der hauptsächlichen Wasserqualitätsprobleme in den Braunkohlenbergbaugebieten Nordsachsens. Das Vorhaben wurde vom LfULG gemeinsam mit Forschungspartnern von 2009 bis 2011 bearbeitet. Die angewendete Untersuchungsmethodik und die gewonnenen Erkenntnisse werden inzwischen schon in der mitteldeutschen Braunkohlenindustrie praktisch umgesetzt. Sie lassen sich auf andere in- und ausländische Kohlenreviere übertragen. Integrativer Ansatz des Vorhabens war die geochemische Charakteristik der tertiären Schichtenfolge durch die Analyse der Stoffeinträge in die Paläomoore (Braunkohlenflöze) und die geochemische Charakteristik der tertiären Zwischenmittelhorizonte und sonstiger Flözbegleitschichten. Das war die Basis für eine Paläo-Environment-Analyse. Aus der Analyse konnten die kausalen Ursachen der geochemischen Zusammensetzung der Braunkohlenbergbaukippen abgeleitet und hinsichtlich des Aciditätspotenzials aus der Pyritverwitterung für die Grundwasserversauerung (Acid Mine Drainage) quantifiziert werden.

Fyzikálně-chemická povaha hydrofobních domén huminových kyselin byla studována z několika hledisek. K objasnění významu fluorescenčních spekter byly vzorky podrobeny sekvenční frakcionaci, která pomohla k částečnému objasnění vlivu vodorozpustných složek, volných a vázaných lipidů na optické vlastnosti huminových kyselin. Výsledky naznačily, že fluorescenční píky tradičně přiřazované superpozici jednotlivých struktur jsou spíše důsledkem agregačních vlastností huminových molekul tvořících vlivem hydrofobního efektu zdánlivě vysoce aromatické struktury. Dále pak bylo zjištěno, že na optických vlastnostech huminových kyselin mají podíl i molekuly, které nemají primárně fluoroforní nebo chromoforní vlastnosti. Tento pohled je v souladu s teorií supramolekulárního uspořádání huminových kyselin. Dále byly studovány agregace, konformační chování a termodynamická stabilita huminových kyselin pomocí metody vysoce rozlišovací ultrazvukové spektroskopie. Bylo prokázáno, že huminové kyseliny mají schopnost agregovat už od velmi nízkých koncentrací (

Die Grundwasserstände unterliegen in den Gebieten des Braunkohlenbergbaus permanenter, bergbaulich bedingter Veränderung. Im Einflussbereich der aktiven Braunkohlentagebaue überwiegen sinkende - im Bereich der ehemaligen Tagebaubereiche nach Einstellung der Wasserhaltungsmaßnahmen dagegen steigende Grundwasserstände. Der Grundwasserwiederanstieg im Verantwortungsbereich der LMBV mbH ist schon weit vorangeschritten aber noch nicht überall abgeschlossen. Im Zuge der Auswertung von regelmäßig durchgeführten Präzisionsnivellements wurden in den gewachsenen Randbereichen der in Flutung befindlichen Tagebauseen Hebungen festgestellt, die in ihrer räumlichen Ausdehnung und dem Betrag mit den Ergebnissen der Beobachtungen der Grundwasserstände korrelieren. Rückblickend werden die Zusammenhänge zwischen Grundwasserwiederanstieg und Hebungen des gewachsenen Bodens anhand von Beispielen von bereits gefluteten Tagebauseen aus dem Mitteldeutschen Braunkohlenrevier betrachtet. Die festgestellten Hebungen vollziehen sich längerfristig über mehrere Jahre. Die Hebungsbeträge erreichen maximale Werte von einigen Zentimetern - erreichen aber nicht die Beträge der früheren sümpfungsbedingten Senkungen. Schädliche Auswirkungen auf Bauwerke durch grundwasserwiederanstiegsbedingte Hebungen waren nicht zu erwarten und sind auch nicht eingetreten. / Water tables in lignite mining areas are characterized by a permanent mining-related variation. In the sphere of influence of the active lignite mines preponderates decreasing – in reach of the abandoned lignite mining areas in contrast increasing water tables. The groundwater resurgence within the areas of responsibility of LMBV mbH is widely pro-ceeded but yet not completed in all areas. In the course of the evaluation of regularly conducted precision levellings uplifts were detected in the natural boundary areas of post-mining lakes still in flooding progress. These uplifts correlate in their regional/areal dimension and magnitude with the results of the water tables. The coherence between groundwater resurgence and the uplifts will be examined retrospectively based on examples of flooded post-mining lakes from the mining area around the cities of Leipzig and Halle. The observed elevation take place over some years. The elevation amount reaches maximum values of a few centimeters, but doesn’t reach the amount of the former drainage caused subsidence. Adverse effects on buildings by groundwater resurgence caused elevation were not expected and didn’t occur so far.

Auf repräsentativen Kippenstandorten des Niederlausitzer Braunkohlenrevieres wurden typische Forstökosysteme der ersten Generation analysiert. Gegenstand der Untersuchung waren mittelalte Bestände (46- bis 70 Jahre) der Rekultivierungsbaumarten Kiefer (n = 22) und Birke (n = 12) sowie 24- bis 45jährige Jungbestände der Baumarten Trauben- (n = 7) und Roteiche (n = 2). Die Roteichenbestände dienten primär vergleichenden Untersuchungen. Für altersspezifische und standortsvergleichende Betrachtungen wurden Ergänzungsbestände auf Kippenstandorten und Vergleichsbestände auf unverritzten Waldstandorten zusätzlich einbezogen. Die untersuchten Erstaufforstungen stocken auf Kippenkomplexen, die klimatisch, hydrologisch und geomorphologisch vergleichbar sind und baumartenweise weitestgehend identischen bodenmeliorativen Maßnahmen sowie waldbaulichen Behandlungsverfahren unterzogen wurden. Ziel der Untersuchung war die Qualifizierung der Wechselwirkungen zwischen Kippenstandort und aufstockendem Bestand. Als Leitgrößen für die Wirkung standörtlicher Merkmale auf die Baumarten dienten wachstums- (Leistungsparameter) und ernährungskundliche Kenndaten (Vitalitätsweiser). Quantität und Qualität der Humusauflage sowie die bodengenetische Entwicklung wurden als Indikatoren für die Rückwirkungen der bestandesbildenden Rekultivierungsbaumarten auf den Standort verwendet. Besondere Berücksichtigung fand das lokale Depositionsgeschehen.

Mit der Arbeit werden braunkohlegefeuerte IGCC-CCS-Kraftwerke gesamtheitlich beschrieben, deren Potenziale erarbeitet und mit ASPEN Plus™ sowie EBSILON® Professional simulativ abgebildet. Es kann gezeigt werden, dass ausgehend von Basiskonzepten braunkohlegefeuerter IGCC-CCS-Kraftwerke mit verschiedenen Potenzialen zum gegenwärtigen Stand der Technik sowie dem im Jahr 2025 Wirkungsgradsteigerungen sowie prozesstechnische Vereinfachungen möglich sind. Als Potenziale werden dabei verringerte Braunkohletrocknung, konservativere Annahmen der technologischen Auslegung als auch Modifizierungen der CO-Konvertierung, sowie für das Jahr 2025 konservative Annahmen und innovative Potenziale untersucht. Ausgangspunkt bildet eine Analyse von bestehenden und zukünftig erwarteten Prozesskomponenten braunkohlegefeuerter IGCC-CCS-Kraftwerke unter Berücksichtigung von drei unterschiedlichen Vergasungsverfahren (nach Siemens, nach Shell und dem HTW-Verfahren).

Mit der Arbeit werden braunkohlegefeuerte IGCC-CCS-Kraftwerke gesamtheitlich beschrieben, deren Potenziale erarbeitet und mit ASPEN Plus™ sowie EBSILON® Professional simulativ abgebildet. Es kann gezeigt werden, dass ausgehend von Basiskonzepten braunkohlegefeuerter IGCC-CCS-Kraftwerke mit verschiedenen Potenzialen zum gegenwärtigen Stand der Technik sowie dem im Jahr 2025 Wirkungsgradsteigerungen sowie prozesstechnische Vereinfachungen möglich sind. Als Potenziale werden dabei verringerte Braunkohletrocknung, konservativere Annahmen der technologischen Auslegung als auch Modifizierungen der CO-Konvertierung, sowie für das Jahr 2025 konservative Annahmen und innovative Potenziale untersucht. Ausgangspunkt bildet eine Analyse von bestehenden und zukünftig erwarteten Prozesskomponenten braunkohlegefeuerter IGCC-CCS-Kraftwerke unter Berücksichtigung von drei unterschiedlichen Vergasungsverfahren (nach Siemens, nach Shell und dem HTW-Verfahren).:1 Einleitung und Zielsetzung 2 Grundlagen und Methodik 2.1 IGCC und CCS 2.2 Gewählte Randbedingungen 2.3 Untersuchte Konzepte 2.4 Grundlagen der Konzeptbewertung 2.4.1 Energetische Analyse 2.4.2 Exergetische Analyse 2.4.3 Kohlenstoffbilanz 2.5 Verfahrenstechnische Simulationswerkzeuge 3 IGCC-CCS-Kraftwerksprozess 3.1 Vergasung 3.1.1 Reaktionen 3.1.2 Fluiddynamische Klassifizierung 3.1.3 Vergasungstechnologien 3.1.4 Flowsheet Simulation der Vergasungstechnologien 3.1.5 Vergleich der abgebildeten Vergasungstechnologien 3.2 Vergasungsstofftrocknung und -aufbereitung 3.2.1 Technologie der Vergasungsstofftrocknung und -aufbereitung 3.2.2 Flowsheet Simulation der Vergasungsstofftrocknung und -aufbereitung 3.3 Sauerstoffbereitstellung 3.3.1 Technologie der kryogenen Luftzerlegung 3.3.2 Flowsheet Simulation der kryogenen Luftzerlegung 3.3.3 Potenziale 3.4 Gaskonditionierung 3.4.1 Kühlung, Entstaubung und Spurstoffentfernung 3.4.2 CO-Konvertierung 3.4.3 CO2- und H2S-Abtrennung 3.4.4 H2S-Aufbereitung 3.4.5 CO2-Verdichtung und -Speicherung 3.4.6 Reingaskonditionierung 3.5 Stromerzeugung im GuD-Prozess 3.5.1 Technologie des GuD-Prozesses 3.5.2 Flowsheet Simulation des GuD-Prozesses 3.5.3 Potenziale 3.6 Gesamtkonzepte für IGCC-CCS-Kraftwerke zum gegenwärtigen Stand der Technik 3.7 Betrachtungen zu Strängigkeit und Verfügbarkeit der Gesamtkonzepte für IGCC-CCS-Kraftwerke zum gegenwärtiger Stand der Technik 4 Konzeptstudien 4.1 Konservative Annahmen zum gegenwärtigen Stand der Technik 4.2 Verringerte Braunkohletrocknung zum gegenwärtigen Stand der Technik 4.3 Modifizierte CO-Konvertierung zum gegenwärtigen Stand der Technik 4.3.1 Quenchkonvertierung 4.3.2 Isotherme katalytische CO-Konvertierung 4.3.3 Kombination von Quenchkonvertierung und isothermer katalytischer CO-Konvertierung 4.4 Konservative Annahmen zum Stand der Technik im Jahr 2025 4.5 Innovatives Potenzial zum Stand der Technik im Jahr 2025 5 Zusammenfassung

Auf repräsentativen Kippenstandorten des Niederlausitzer Braunkohlenrevieres wurden typische Forstökosysteme der ersten Generation analysiert. Gegenstand der Untersuchung waren mittelalte Bestände (46- bis 70 Jahre) der Rekultivierungsbaumarten Kiefer (n = 22) und Birke (n = 12) sowie 24- bis 45jährige Jungbestände der Baumarten Trauben- (n = 7) und Roteiche (n = 2). Die Roteichenbestände dienten primär vergleichenden Untersuchungen. Für altersspezifische und standortsvergleichende Betrachtungen wurden Ergänzungsbestände auf Kippenstandorten und Vergleichsbestände auf unverritzten Waldstandorten zusätzlich einbezogen. Die untersuchten Erstaufforstungen stocken auf Kippenkomplexen, die klimatisch, hydrologisch und geomorphologisch vergleichbar sind und baumartenweise weitestgehend identischen bodenmeliorativen Maßnahmen sowie waldbaulichen Behandlungsverfahren unterzogen wurden. Ziel der Untersuchung war die Qualifizierung der Wechselwirkungen zwischen Kippenstandort und aufstockendem Bestand. Als Leitgrößen für die Wirkung standörtlicher Merkmale auf die Baumarten dienten wachstums- (Leistungsparameter) und ernährungskundliche Kenndaten (Vitalitätsweiser). Quantität und Qualität der Humusauflage sowie die bodengenetische Entwicklung wurden als Indikatoren für die Rückwirkungen der bestandesbildenden Rekultivierungsbaumarten auf den Standort verwendet. Besondere Berücksichtigung fand das lokale Depositionsgeschehen.

In der Dissertation werden die während der Mahltrocknung von Rohbraunkohle ablaufenden Teilprozesse systematisch analysiert und allgemein gültigen Funktionen für den Stoffumsatz zugeordnet. Es entsteht eine Kenntnisstandmatrix, die ausgewählte Literaturstellen einordnet und unbearbeitete Forschungsfelder offenlegt. Diesbezüglich werden Untersuchungen zum Bewegungsverhalten der Kohle beim Eintritt in das Schlagrad angestellt. Anhand eines neuen Berechnungsmodells und experimenteller Fallversuche lassen sich u.a. Aussagen zur konstruktiven Ausführung der Mühlentür treffen. Weiterhin wird in der Arbeit untersucht, welchen Einfluss Partikelgröße, -dichte und -form der Kohlebestandteile Berge, Xylite und Kohlenstaub auf den Sichtprozess haben. Zur Darstellung der berechneten Trennfunktionen T(vs) dient die stationäre Sinkgeschwindigkeit vs als Trennmerkmal. Abschließend folgt ein Ergebnisvergleich mit Messwerten an einem Modellversuchsstand und an realen Mahltrocknungsanlagen im Kraftwerk.

Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des BMBF-geförderten Projektes "Luft- und bodengestützte spektrometrische Untersuchungen zur Differenzierung reaktiv veränderter Braunkohlentagebaugebiete in Mitteldeutschland" (Vorhaben 02 WB 9667/5) als Kooperation zwischen dem GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ), dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), der Gesellschaft für Angewandte Fernerkundung (GAF) und dem Umweltforschungszentrum Leipzig/Halle GmbH (UFZ) angefertigt. Grundidee des Projektes war es, die durch spektrometrische Erfassungsmethoden der Fernerkundung erhaltenen Überfliegungsdaten mittels konventioneller petrographischer, mineralogischer und geochemischer Analytik zu kalibrieren. Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag dabei in der Charakterisierung der hydro- und geochemischen Veränderungen in den Kippensedimenten des im mitteldeutschen Raum südlich von Leipzig aufgeschlossenen Braunkohlentagebaus Zwenkau. Zu diesem Zweck wurden die Kippensedimente in Abhängigkeit des Schüttungsalters und der Lagerung untersucht sowie die spezifischen Merkmale der Kippenwässer und Bodengase erfaßt, um die im Kippenkörper ablaufenden chemischen, petrographischen und gefügemäßigen Veränderungen sowie die Wechselwirkungen zwischen den Sedimenten, Wässern und Bodengasen zu beschreiben. Schließlich wird ein Modell zur zeitlichen Entwicklung der Abraumförderbrückenkippe, beginnend bei ihrer Verkippung bis hin zu einem Alter von etwa 20 Jahren, vorgestellt, welches die beobachteten Erscheinungen bezüglich der auftretenden endogenen und exogenen Wechselwirkungsfaktoren gut erklärt. / This thesis was prepared in cooperation with the GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ), the Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), the Gesellschaft für Angewandte Fernerkundung (GAF), and the Umweltforschungszentrum Leipzig/Halle (UFZ) in frame of the project "Airborne and laboratory spectroscopic studies for differentiation of reactively alterated lignite mining pits in Central Germany" (No. 02 WB 9667/5) which was gratefully supported by the Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie (BMBF). The major idea of the project was to achieve a calibration of the spectroscopic data acquired by the remote sensing though the results obtained from conventionally petrographical, mineralogical and geochemical analyses. The main goal of this thesis was the characterization of the hydro- and geochemical alterations in the conveyor bridge dump of the open lignite mining pit Zwenkau which is located in the Central Germany District southern of Leipzig. Therefore, dependent on their ages in terms of dumping and their surface-near locations the dump sediments were investigated and the specific properties of the different types of dump water and soil gases were acquired as well in order to describe the ongoing chemical, petrographical and structural alterations and interactions between the sediments, the water and the soil gases in the conveyor bridge. Finally, a model of the chronological development of the overburden sediments starting from their spilling up to an age of about 20 years is proposed which well explains the observed phenomena regarding the appearing endogenous and exogenous interaction factors.