Die Pyrolyse von Biomasse ist ein thermochemischer Prozess, bei dem Biomasse in Abwesenheit von Sauerstoff thermisch zersetzt wird und dabei Biokohle, Bioöl und Gase wie Methan, Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid entstehen. Dieser Prozess ist von entscheidender Bedeutung, da er als Vorstufe zu Verbrennungs- und Vergasungsprozessen dient. Die Effizienz und die Produkte der Pyrolyse hängen von der Temperatur, der Heizrate und der Art der verwendeten Biomasse ab.
Ausführliche Erläuterung:
-
Prozess-Übersicht:
-
Biomassepyrolyse findet statt, wenn Biomasse in einer sauerstofffreien Umgebung erhitzt wird. Der Prozess kann in drei Hauptphasen unterteilt werden: Trocknung, eigentliche Pyrolyse und Kühlung. In der Trocknungsphase wird der Biomasse Feuchtigkeit entzogen. In der Pyrolysephase wird die getrocknete Biomasse auf Temperaturen zwischen 300 und 900 °C erhitzt, wodurch die Biomasse in ihre Bestandteile wie Zellulose, Hemizellulose und Lignin zerlegt wird. In der letzten Phase werden die Produkte abgekühlt und in Bioöl, Biokohle und Synthesegas aufgetrennt.Produktentstehung:
-
Die Produkte der Biomassepyrolyse variieren je nach Temperatur und Erhitzungsrate. Bei niedrigeren Temperaturen (unter 450 °C) und langsamen Erhitzungsraten ist das Hauptprodukt Biokohle. Bei höheren Temperaturen (über 800 °C) und schnellen Erhitzungsgeschwindigkeiten werden hauptsächlich Gase erzeugt. Bei mittleren Temperaturen und hohen Erhitzungsgeschwindigkeiten entsteht als Hauptprodukt Bioöl.
-
Mechanismen der Pyrolyse:
-
Der Pyrolyseprozess umfasst sowohl primäre als auch sekundäre Mechanismen. Zu den primären Mechanismen gehören die Bildung von Holzkohle, die Depolymerisation und die Fragmentierung. Bei der Bildung von Holzkohle entstehen Benzolringe, die sich zu einem festen Rückstand verbinden, der als Holzkohle bezeichnet wird. Depolymerisation und Fragmentierung beinhalten den Abbau von Polymerstrukturen in der Biomasse. Sekundäre Mechanismen wie Cracken und Rekombination treten auf, wenn flüchtige Verbindungen, die bei den primären Mechanismen freigesetzt werden, weitere Reaktionen eingehen, die zur Bildung von sekundärer Holzkohle und anderen gasförmigen Produkten führen.Einfluss von Biomasse-Eigenschaften und Betriebsbedingungen:
Die Qualität und Ausbeute der Pyrolyseprodukte werden von den Betriebsbedingungen wie Temperatur, Verweilzeit und den physikalischen und chemischen Eigenschaften der Biomasse beeinflusst. Zu den Biomassequellen gehören landwirtschaftliche Nutzpflanzen, Waldabfälle, feste Siedlungsabfälle und andere. Der Feuchtigkeitsgehalt, der gebundene Kohlenstoff und die flüchtigen Bestandteile der Biomasse beeinflussen die Verteilung der Endprodukte.
