TerraNova Energy

FAQ

Häufig gestellte Fragen

Was ist eine Hydrothermale Karbonisierung (HTC)?

Die Hydrothermale Karbonisierung (Hydrothermal Carbonization – HTC) ist ein chemisches Verfahren, bei dem Biomasse wie etwa Grünschnitt, Bioabfall oder Klärschlamm in eine Biokohle umgewandelt wird. Der Begriff Hydrothermale Karbonisierung bedeutet ‚Verkohlung in wässriger Umgebung bei erhöhter Temperatur‘. Der Prozess läuft ab bei Temperaturen um 180 °C und bei Drücken um 25 bar.

Worin unterscheiden sich HTC, TDH, HTL, HTP

Hydrothermale Prozesse (HTP) finden in wässriger Umgebung und unter Wärmezufuhr statt und dienen der Veredlung von Biomasse bzw. der Verwertung von biogenen Reststoffen. HTP ist ein Überbegriff u.a. für HTC, TDH (Thermodruckhydrolyse) und HTL (Hydrothermal Liquefaction).

Die TDH wird bei 160-170 °C betrieben. Dabei werden die organischen Strukturen des Ausgangsmaterials durch Einwirkung von Temperatur und Druck aufgebrochen, wodurch sie in der nachfolgenden Faulung besser verwertet werden und der Faulgasertrag gesteigert wird.

Bei der HTL wird ein Temperaturniveau von etwa 250-400 °C benötigt. Dabei wird die Biomasse nahezu vollständig verflüssigt und kann anschließend u.a. in verschiedene Kraftstoffe (Kerosin, Benzin, Diesel etc.) weiterverarbeitet werden.

Worin unterscheiden sich Hydrothermale Prozesse (HTP) von der Pyrolyse?

Im Gegensatz zu den Hydrothermalen Prozessen findet die Pyrolyse in trockener Umgebung statt. Unter Luftabschluss und bei Temperaturen von ca. 400-800 °C werden kohlenstoffhaltige Inputmaterialien wie etwa Forst-, Agrar- oder Lebensmittelreststoffe aber auch Stoff-, Lack-, Haus- oder Industrieabfälle in verschiedene Pyrolysate umgewandelt, die u.a. als Bodenverbesserer, Futtermittelzusatz oder Baustoffadditiv genutzt werden.

Wer hat die HTC erfunden‘?

In der Natur wurde über Zeiträume von Jahrtausenden bis Jahrmillionen Biomasse in Kohle umgewandelt. Die Verkohlung von Biomasse kann mit der HTC innerhalb weniger Stunden durchgeführt werden. 1913 wurde der Prozess von Friedrich Bergius erstmals beschrieben. Seit etwa 2006 wird die HTC wieder intensiv erforscht und in kommerzielle, technische Verfahren mit unterschiedlichen Zielstellungen überführt.

Welche Produkte lassen sich mit einer HTC gewinnen, wofür können diese genutzt werden?

Biomasse wird in einer HTC-Anlage umgewandelt in einen Kohleslurry, der dann in eine feste Kohle und ein flüssiges Prozesswasser separiert wird.

Die gewonnene Kohle kann als CO2 neutraler Brennstoff fossile Kohle in der Zementindustrie, in Kraftwerken und in Müllverbrennungsanlagen ersetzen, kann jedoch nicht als Grillkohle verwendet werden. Die Kohle kann außerdem als Bodenverbesserer genutzt werden und ermöglicht damit wegen ihrer praktisch dauerhaften Bindung von Kohlenstoff auch eine CO2-Sequestrierung (Carbon Dioxide Capture and Storage – CCS).

Das gewonnene Prozesswasser enthält hohe Konzentrationen an C, N und P und kann daher, wenn zulässig, als Flüssigdünger verwendet werden oder bei Rückführung in eine Faulung den Faulgasertrag um bis zu 15 % erhöhen. In der Regel ist das Prozesswasser ansonsten nicht einleitfähig und muss behandelt werden.

Sind HTC-Produkte aus Klärschlamm hygienisiert und wird durch die HTC ein End of Waste (EoW) erreicht?

Da für die Karbonisierung der Klärschlamm für mehrere Stunden bei 180 °C im Druckreaktor der Anlage verweilt, werden sämtliche Mikroorganismen und sonstigen biogenen Pathogene, wie etwa Viren, zerstört bzw. inaktiviert. HTC-Produkte sind also hygienisiert.

HTC-Produkte aus Klärschlamm erreichen das Ende der Abfalleigenschaft (End of Waste – EoW) nach § 5 Abs. 1 Kreislaufwirtschaftsgesetz (KrWG) in der Regel nicht.

Welche Stoffe lassen sich in einer TerraNova Ultra® Anlage hydrothermal karbonisieren, müssen diese vorbehandelt werden?

In einer TerraNova Ultra® Anlage können biogenen Reststoffe wie etwa Schlämme, Bioabfall, oder Grünschnitt verarbeitet werden, solange das Inputmaterial pumpbar ist, einen Wasseranteil größer 70 % und einen organischen Trockensubstanzanteil (oTS) größer 30 % aufweist. Da Lignin bei der HTC praktisch nicht aufgeschlossen wird, wird Biomasse mit einem hohen Ligningehalt wie etwa Holz kaum bzw. nicht karbonisiert.

Für eine gute Pumpbarkeit kann es je nach Struktur des biogenen Reststoffes hilfreich sein, das Inputmaterial vor Transfer in den Eintragstrichter mechanisch zu zerkleinern.

Wozu dienen in einer TerraNova Ultra® Anlage die einzelnen Anlagenkomponenten, was ist der Druckbereich?

Das Inputmaterial gelangt zunächst in den Eintragstrichter. Von dort wird es mit der Eintragspumpe unter Druck durch den Eintragswärmetauscher in den Reaktor gefördert. Im Eintragswärmetauscher wird die Biomasse vorgewärmt, dann mit Säure versetzt und im Reaktor schließlich innerhalb weniger Stunden in einen Kohleslurry umgewandelt. Der Slurry verlässt den Reaktor, wird im Austragswärmetauscher abgekühlt und über das Auslasssystem wieder auf Umgebungsdruck entspannt. Der Slurry wird im Slurrytank gesammelt und absatzweise in einer Kammerfilterpresse in eine feste Phase, die Kohle, und eine flüssige Phase, das Prozesswasser, separiert.
Der Bereich zwischen Eintragspumpe und Auslassystem ist der Druckbereich der Anlage.

Arbeitet eine TerraNova Ultra® Anlage kontinuierlich und automatisch?

Eine TerraNova Ultra® Anlage arbeitet im eingefahrenen Zustand kontinuierlich und vollautomatisch, u.a. werden der Reaktorfüllstand, die Reaktortemperatur, der pH-Wert und der Volumenstrom automatisch im gewünschten Bereich konstant gehalten. Der gesammelte Slurry wird absatzweise in einer Kammerfilterpresse in Kohle und Prozesswasser separiert. Die Automatik weist den Bediener u.a. darauf hin, dass Ausgangs- oder Hilfsstoffe nachgefüllt werden müssen oder die Kammerfilterpresse gestartet werden muss.

Wofür lässt sich eine TerraNova Ultra® Anlage konkret nutzten und welche Vorteile ergeben sich?

In einer TerraNova Ultra® Anlage werden biogene Reststoffe verwertet mit dem Ziel Entsorgungskosten zu sparen, die Reststoffe zu veredeln oder Nährstoffe zurückzugewinnen.

So lässt sich etwa Klärschlamm nach einer HTC rein mechanisch auf einen Trockensubstanzanteil von etwa 65 % entwässern, was zu einer Energieeinsparung von 80 % im Vergleich zu einer konventionellen Trocknung führt. Außerdem kann bei Rückführung des Prozesswassers der Faulgasertrag um bis zu 15 % gesteigert werden, wodurch die Energieeffizienz zusätzlich verbessert wird. Darüber hinaus können über 70 % des im Klärschlamm enthaltenen Phosphors zurückgewonnen werden. Die gewonnene Kohle kann fossile Kohle ersetzen oder als Bodenverbesserer oder zur CO2-Sequestrierung genutzt werden.

Wie funktioniert die Phosphorrückgewinnung?

Der nach der HTC von Klärschlamm gewonnene Kohle-Slurry wird zunächst angesäuert, wodurch der Phosphor von der festen in die flüssige Phase transferiert wird. Anschließend wird das nun P-reiche Prozesswasser von den Kohlepartikeln separiert. Der gelöste Phosphor wird dann ausgefällt, die phosphorhaltigen Partikel werden vom Prozesswasser abgetrennt.

Die Phosphorrückgewinnung lässt sich optional in eine TerraNova Ultra® Anlage zur Entwässerung bzw. Trocknung von Klärschlamm integrieren.

Wovon hängt die Wirtschaftlichkeit einer TerraNova Ultra® Anlage ab und welche Inputmengen sind für einen wirtschaftlichen Betrieb notwendig?

Die Wirtschaftlichkeit hängt im Wesentlichen ab von den eingesparten Entsorgungskosten. So ist in der Regel der Einsatz einer industriellen TerraNova Ultra® Anlage wirtschaftlich sinnvoll, sobald die Entsorgungskosten für die Biomasse etwa 50 €/t übersteigen.

Für den industriellen Einsatz werden Module mit Durchsatzmengen von 1, 2 oder 3 t/h angeboten (ca. 7.500 / 15.000 oder 23.000 t/a). Für die Verarbeitung größerer Mengen werden mehrere derartige Module parallel betrieben.

Sind hierbei Erlöse berücksichtigt, die sich durch HTC-Produkte erzielen ließen?

Mögliche Erlöse, die sich aus der Nutzung der bei der HTC gewonnenen Produkte ergeben könnten – etwa für den kalorischen Wert bei der thermischen Nutzung, für die Nutzung als Dünger oder als Bodenverbesserungssubstrat oder für eine CO2-Sequestrierung –, sind hierbei nicht berücksichtigt.

Gibt es neben den industriellen Modulen auch kleinere Anlagen?

Für F&E-Zwecke, im Rahmen eines Pilotbetriebes oder für kleinere Inputmengen (bis etwa 3.800 t/a), wird eine TerraNova Ultra® Containeranlage mit einem Durchsatz bis ca. 0,5 t/h angeboten, in der allerdings ein wirtschaftlicher Betrieb in der Regel nicht erreicht werden kann. Auch die Containeranlage ist für einen stationären Betrieb vorgesehen.

Welches sind typische Verbrauchswerte bei der HTC von etwa Klärschlamm und können Abwärmeströme genutzt werden?

Für den Betrieb einer TerraNova Ultra® Anlage müssen bei Entwässerung der HTC-Kohle auf etwa 65 % TS (Trockensubstanz) ca. 18 kWh elektrische Energie und ca. 130 kWh thermische Energie pro Tonne Input aufgewendet werden. Mit Schlusstrocknung der HTC-Kohle auf über 90 % TS müssen ca. 24 kWh elektrische Energie und ca. 180 kWh thermische Energie pro Tonne Input aufgewendet werden.

Durch Nutzung des abgetrennten Prozesswassers kann zusätzlich der Faulgasertrag um bis zu 15 % gesteigert werden.

Die nötige Prozesswärme kann durch eine geeignete Abwärmequelle, etwa ein BHKW, bereitgestellt werden.

Nach welchen Regelwerken erfolgt die Auslegung einer TerraNova Ultra® Anlage?

Die Auslegung einer TerraNova Ultra® Anlage erfolgt nach der Richtlinie 2014/68/EU über Druckgeräte (Druckgeräterichtlinie – DGRL) oder nach dem Boiler & Pressure Vessel Code der American Society of Mechanical Engineers (ASME).

Welchen Platzbedarf hat eine TerraNova Ultra® Anlage?

Der Platzbedarf für eine Industrieanlage beträgt pro Modul ca. 12 m x 30 m Grundfläche bei einer freien Höhe von ca. 12 m.

Wie lange dauert die Errichtung einer TerraNova Ultra® Anlage?

Nach Beauftragung dauert es etwa zwölf Monate bis zur Übergabe der Anlage an den Kunden.

Wie sind die Jahresverfügbarkeit, der Wartungsaufwand und die Anlagenlebensdauer?

Die Jahresverfügbarkeit beträgt mindestens 7.680 h, in denen die Anlage kontinuierlich läuft. Der zeitliche Aufwand für Wartungsarbeiten beträgt zwei Mal pro Jahr je etwa 1-2 Wochen. Die Anlage ist auf eine Gesamtnutzungsdauer von mindestens 15 Jahren ausgelegt.

Muss eine TerraNova Ultra® Anlage ständig beaufsichtigt werden?

Eine TerraNova Ultra® Anlage läuft im kontinuierlichen Betrieb. Da in der HTC-Anlage kein Heißdampf eingesetzt wird, kann sie dabei ohne ständige Beaufsichtigung (BoB) im Einschichtbetrieb laufen. Eine integrierte Kammerfilterpresse sollte zwar unter Beaufsichtigung betrieben werden, allerdings kann dies während des Einschichtbetriebes der HTC-Anlage erfolgen.

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