Pyrolyseöl, auch Bio-Crude oder Bio-Öl genannt, ist ein komplexes Gemisch, das durch die thermische Zersetzung von Biomasse unter Ausschluss von Sauerstoff entsteht.Es zeichnet sich durch einen hohen Sauerstoffgehalt, einen hohen Wassergehalt und eine breite Palette organischer Verbindungen aus.Die Verunreinigungen in Pyrolyseöl sind auf seine komplexe Zusammensetzung zurückzuführen, die sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe, Wasser und verschiedene chemische Verbindungen enthält.Diese Verunreinigungen tragen zu seiner korrosiven Natur, seiner Instabilität und seinen besonderen Eigenschaften bei, durch die es sich von herkömmlichen Erdölprodukten unterscheidet.Das Verständnis dieser Verunreinigungen ist entscheidend für die Bewertung seines Potenzials als Brennstoff oder chemischer Rohstoff.
Die wichtigsten Punkte werden erklärt:
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Hoher Wassergehalt (20-30 Gew.-%):
- Pyrolyseöl enthält einen beträchtlichen Anteil an Wasser, in der Regel zwischen 20 und 30 Gewichtsprozent.Dieser hohe Wassergehalt ergibt sich aus der Feuchtigkeit des Biomasse-Rohstoffs und der Bildung von Wasser während des Pyrolyseprozesses.
- Das Vorhandensein von Wasser senkt den Heizwert des Öls, wodurch es im Vergleich zu fossilen Brennstoffen eine geringere Energiedichte aufweist.Außerdem trägt es zur Instabilität des Öls bei, da Wasser die Phasentrennung und chemische Reaktionen fördern kann, die das Öl im Laufe der Zeit abbauen.
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Sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe:
- Pyrolyseöl ist reich an sauerstoffhaltigen organischen Verbindungen, die für den hohen Sauerstoffgehalt (bis zu 40 Gewichtsprozent) verantwortlich sind.Zu diesen Verbindungen gehören Moleküle mit niedrigem Molekulargewicht wie Formaldehyd, Essigsäure und Methanol sowie komplexere Moleküle wie Phenole, Anhydrozucker und Oligosaccharide.
- Die sauerstoffhaltige Natur dieser Verbindungen macht Pyrolyseöl hochreaktiv, was zu Problemen wie thermischer Instabilität, Polymerisation und Korrosivität führt.Aufgrund dieser Eigenschaften ist es schwierig, es zu lagern und zu transportieren, ohne dass es abgebaut wird.
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Aromatische und aliphatische Kohlenwasserstoffe:
- Das Öl enthält eine Mischung aus aromatischen und aliphatischen Kohlenwasserstoffen, die aus dem Abbau von Lignin, Zellulose und Hemizellulose in der Biomasse stammen.Aromatische Verbindungen sind besonders häufig und tragen zu dem rauchigen Geruch und der dunkelbraunen Farbe des Öls bei.
- Diese Kohlenwasserstoffe ähneln zwar denen des Erdöls, sind aber oft komplexer und weniger stabil, da sie sauerstoffhaltige funktionelle Gruppen enthalten.
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Schwefelgehalt:
- Pyrolyseöl weist im Vergleich zu herkömmlichem Dieselkraftstoff einen höheren Schwefelgehalt auf.Schwefelverbindungen sind Verunreinigungen, die aus dem Biomasse-Rohstoff stammen oder während des Pyrolyseprozesses entstehen können.
- Ein hoher Schwefelgehalt ist unerwünscht, da er zur Umweltverschmutzung beiträgt, wenn das Öl verbrannt wird und dabei Schwefeldioxid (SO₂), ein schädlicher Luftschadstoff, entsteht.
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Thermische Instabilität und Polymerisation:
- Pyrolyseöl ist thermisch instabil und neigt zur Polymerisation, insbesondere wenn es der Luft oder erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist.Diese Instabilität ist auf das Vorhandensein von reaktiven sauerstoffhaltigen Verbindungen und ungesättigten Kohlenwasserstoffen zurückzuführen.
- Mit der Zeit kommt es im Öl zu Kondensationsreaktionen, die zu einem Anstieg der Viskosität und der Bildung schwererer Moleküle führen.Dies erschwert die Wiederverdampfung oder Raffinierung des Öls für die weitere Verwendung.
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Korrosive Natur:
- Der hohe Säuregehalt von Pyrolyseöl, der vor allem auf das Vorhandensein organischer Säuren wie Essigsäure zurückzuführen ist, macht es korrosiv für Metalle und andere Materialien.Diese Korrosivität stellt eine Herausforderung für die Lagerung, die Handhabung und die Kompatibilität der Anlagen dar.
- Der korrosive Charakter schränkt auch die direkte Verwendung von Pyrolyseöl in Motoren oder Turbinen ohne vorherige Behandlung oder Aufbereitung ein.
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Fehlende Standardisierung:
- Da Pyrolyseöl nur in begrenztem Umfang hergestellt und kommerziell genutzt wird, gibt es nur wenige etablierte Normen für seine Qualität und Zusammensetzung.Die ASTM-Norm ist eine der wenigen verfügbaren Referenzen, aber sie geht nicht umfassend auf alle Verunreinigungen und Eigenschaften von Pyrolyseöl ein.
- Die fehlende Standardisierung macht es schwierig, verschiedene Chargen von Pyrolyseöl zu vergleichen oder eine gleichbleibende Qualität für industrielle Anwendungen zu gewährleisten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verunreinigungen in Pyrolyseöl aus seiner komplexen Zusammensetzung resultieren, die Wasser, sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe, Schwefelverbindungen und reaktive organische Moleküle enthält.Diese Verunreinigungen tragen zu den besonderen Eigenschaften des Öls bei, wie z. B. hohe Korrosivität, thermische Instabilität und geringe Energiedichte.Die Beseitigung dieser Verunreinigungen durch Raffination, Veredelung oder Vermischung mit anderen Brennstoffen ist von entscheidender Bedeutung für die Verbesserung der Nutzbarkeit von Pyrolyseöl als erneuerbare Energiequelle.
Zusammenfassende Tabelle:
| Verunreinigung | Beschreibung | Aufschlag |
|---|---|---|
| Hoher Wassergehalt (20-30%) | Entsteht durch die Feuchtigkeit der Biomasse und den Pyrolyseprozess | Senkt den Heizwert, fördert Instabilität und verursacht Phasentrennung |
| Sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe | Enthält Formaldehyd, Essigsäure und Phenole | Verursacht thermische Instabilität, Polymerisation und Korrosivität |
| Aromatische/liphatische Kohlenwasserstoffe | Entstehen beim Abbau von Lignin, Zellulose und Hemizellulose | Trägt zu rauchigem Geruch, dunkler Farbe und verminderter Stabilität bei |
| Schwefelgehalt | Höher als herkömmlicher Dieselkraftstoff | Erzeugt bei der Verbrennung schädliche SO₂-Emissionen |
| Thermische Instabilität | Reaktive Verbindungen führen zu Polymerisation und Viskositätsanstieg | Macht Lagerung, Transport und Raffination schwierig |
| Korrosive Natur | Hoher Säuregehalt durch organische Säuren wie Essigsäure | Beschädigung von Lager- und Handhabungsgeräten, eingeschränkte direkte Verwendung |
| Fehlende Standardisierung | Wenige etablierte Qualitätsstandards für Pyrolyseöl | Beeinträchtigt gleichbleibende Qualität und industrielle Anwendung |
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