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Pyrolyse ist ein thermischer Zersetzungsprozess, der in Abwesenheit von Sauerstoff stattfindet und zur Zersetzung von organischen Materialien in Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe führt.Die physikalischen Eigenschaften der Pyrolyse werden durch Faktoren wie Temperatur, Erhitzungsrate, Verweilzeit und die Art des pyrolysierten Materials beeinflusst.Das Verfahren kann in verschiedene Typen unterteilt werden, z. B. in langsame, schnelle und Flash-Pyrolyse, die jeweils unterschiedliche Eigenschaften und Produktausbeuten aufweisen.Zu den Hauptprodukten gehören Synthesegas (eine Mischung aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan), Bioöl (eine flüssige Mischung aus Wasser und flüchtigen organischen Verbindungen) und Biokohle (ein kohlenstoffreicher Feststoff).Die spezifische Zusammensetzung und Ausbeute dieser Produkte hängt von den Prozessbedingungen und dem verwendeten Ausgangsmaterial ab.

Die wichtigsten Punkte werden erklärt:

1. Temperaturbereich und seine Auswirkungen:

   • Die Pyrolyse erfolgt in der Regel bei hohen Temperaturen zwischen 300°C und 900°C.
   • Die Temperatur wirkt sich erheblich auf den Ertrag und die Zusammensetzung der Produkte aus:
     • Niedrigere Temperaturen (300-500 °C) begünstigen die Herstellung von Biokohle.
     • Mäßige Temperaturen (400-600°C) sind optimal für die Bioölproduktion.
     • Höhere Temperaturen (über 600°C) erhöhen die Ausbeute an Synthesegas.

2. Heizrate und Verweilzeit:

   • Langsame Pyrolyse:
     • Die Erwärmungsraten sind gering (0,1 bis 2 °C pro Sekunde).
     • Die Verweilzeiten sind lang und können mehrere Tage betragen.
     • Bei diesem Verfahren entstehen vor allem Biokohle und Teer, da die Gase lange der Hitze ausgesetzt sind.
   • Schnelle Pyrolyse:
     • Die Aufheizraten sind hoch (10-200°C/s).
     • Die Verweilzeiten sind kurz (0,5-10 Sekunden).
     • Dieses Verfahren maximiert die Ausbeute an Bioöl, die 50-70 Gew.-% auf Basis der trockenen Biomasse erreichen kann.
   • Flash-Pyrolyse:
     • Noch höhere Heizraten als bei der Schnellpyrolyse.
     • Ergibt eine sehr hohe Bioölausbeute von bis zu 75-80 Gew.-%.

3. Abwesenheit von Sauerstoff:

   • Die Pyrolyse wird in einer sauerstofffreien Umgebung durchgeführt, um eine Verbrennung zu verhindern.
   • Dadurch wird sichergestellt, dass sich das Material zersetzt und nicht verbrennt, was zur Bildung von Synthesegas, Bioöl und Biokohle führt.

4. Produkt-Zusammensetzung:

   • Syngas:Ein Gemisch aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan, das als Brennstoff oder chemischer Rohstoff verwendet werden kann.
   • Bio-Öl:Eine Flüssigkeit, die aus Wasser und flüchtigen organischen Verbindungen besteht und sich für die weitere Raffination zu Kraftstoffen oder Chemikalien eignet.
   • Biokohle:Ein kohlenstoffreicher Feststoff, der als Bodenverbesserungsmittel oder zur Kohlenstoffbindung verwendet werden kann.

5. Stadien der Pyrolyse:

   • Dosierung und Fütterung:Das Rohmaterial wird in den Pyrolysereaktor eingeführt.
   • Umwandlung:Das organische Material wird thermisch zersetzt, wobei es in kleinere Moleküle zerfällt.
   • Produkttrennung:Die entstehenden Produkte (Synthesegas, Bioöl und Biokohle) werden getrennt und gesammelt.

6. Chemische Reaktionen:

   • Bei der Pyrolyse werden die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen aufgebrochen und Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindungen gebildet.
   • Ein Teil der Biomasse wird zu Kohlenstoff reduziert, während der übrige Teil oxidiert und hydrolysiert wird und verschiedene Verbindungen bildet.

7. Anwendungen von Pyrolyseprodukten:

   • Syngas:Verwendung bei der Stromerzeugung, als Kraftstoff für Motoren oder als Ausgangsstoff für die chemische Synthese.
   • Bio-Öl:Kann zu Transportkraftstoffen aufbereitet oder direkt in Industriekesseln verwendet werden.
   • Biokohle:Einsatz in der Landwirtschaft zur Verbesserung der Bodengesundheit und als Mittel zur Kohlenstoffbindung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die physikalischen Eigenschaften der Pyrolyse durch die Prozessbedingungen wie Temperatur, Erhitzungsrate und Verweilzeit definiert werden, die die Ausbeute und Zusammensetzung der entstehenden Produkte bestimmen.Diese Produkte sind vielfältig einsetzbar und machen die Pyrolyse zu einem vielseitigen und wertvollen Verfahren zur Umwandlung von Biomasse in nützliche Materialien und Energie.

Zusammenfassende Tabelle:

Faktor	Einfluss auf die Pyrolyse
Temperatur	- 300-500°C:Begünstigt die Herstellung von Biokohle. - 400-600°C:Optimal für Bio-Öl. - Über 600°C:Erhöht die Syngasausbeute.
Aufheizrate	- Langsam:Niedrige Raten (0,1-2°C/s), lange Verweilzeit, erzeugt Biokohle. - Schnell: Hohe Raten (10-200°C/s), kurze Verweilzeit, maximiert den Bioölgehalt. - Flash: Sehr hohe Raten, höchster Bioölertrag (75-80 Gew.-%).
Abwesenheit von Sauerstoff	Verhindert die Verbrennung und gewährleistet die Zersetzung in Synthesegas, Bioöl und Biokohle.
Produkte	- Synthesegas:Kraftstoff oder chemisches Ausgangsmaterial. - Bio-Öl:Raffiniert zu Kraftstoffen oder Chemikalien. - Biokohle:Bodenverbesserung oder Kohlenstoffsequestrierung.

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