Anwendungen

TerraNova Energy

Technologie

Wir sind Pioniere in der thermischen Behandlung von organischen Abfallstoffen. Dazu nutzen wir die Plattformtechnologie der Hydrothermalen Karbonisierung (HTC) und der Thermodruck-Hydrolyse (TDH).

Technologie HTC

Hydrothermalen Karbonisierung

Phosphor Rüeckgewinnung-terranova-energy

Technologie TDH

Thermodruckhydrolyse

TerraNova Energy - Technologie Phosphor-Rückgewinnung

Technologie Phosphor-Rückgewinnung

TerraNova Energy - Technologie Stickstoff-Abtrennung und Rückgewinnung

Technologie Stickstoff-Abtrennung und Rückgewinnung

TerraNova-Energy-Blick-in-die-Zukunft

Blick in die Zukunft

Technologie HTC

Hand Grünzeug - Technologie HTC - TerraNova
Hand geschlossen - Technologie HTC - TerraNova
Hand Kohle - Technologie HTC - TerraNova

Beim TerraNova®ultra Verfahren wird der Prozess der natürlichen Kohleentstehung nachahmt und erheblich beschleunigt – es basiert dabei auf dem Prozess der Hydrothermalen Karbonisierung (HTC):

Bei der HTC wird organisches Material wie Bioabfall oder Klärschlamm bei einer Temperatur von ca. 180-200°C und einem Druck von 20 bis 35 bar unter Luftabschluss und Zugabe eines Katalysators innerhalb von wenigen Stunden in eine HTC Kohle karbonisiert. Der Prozess findet dabei in wässriger Umgebung statt, sodass keine Trocknung des Eingangsmaterials notwendig ist und sich das Verfahren insbesondere für feuchte Reststoffe und Schlämme eignet.

Die HTC Kohle enthält nach einer anschließenden Entwässerung kaum noch Wasser und kann aufgrund seines hohen Energiegehalts zur klimafreundlichen Energieerzeugung in Kohlekraftwerken oder als Ersatz fossiler Brennstoffe in Zementwerken oder Müllverbrennungsanlagen verfeuert werden.

Als weiteres Produkt liefert die HTC das dem Klärschlamm entzogene Wasser. Dieses HTC-Filtrat ist schadstoffarm, sterilisiert und nährstoffreich.

YouTube

Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von YouTube.
Mehr erfahren

Video laden

YouTube

Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von YouTube.
Mehr erfahren

Video laden

YouTube

Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von YouTube.
Mehr erfahren

Video laden

Klärschlammkohle nach der Entwässerung mit bis zu 65% Trockensubstanz

Die TerraNova®ultra Anlagen verfügen über ein hocheffizientes Wärmerückgewinnungssystem – wodurch der Wärmebedarf des HTC Prozesses minimiert werden kann. Durch das kontinuierliche Verfahren ohne Temperatur und Druckwechsel und den einfachen Aufbau mit minimaler Anzahl bewegter Teile wird eine maximale Zuverlässigkeit im Betrieb und eine geringer Energieverbrauch erreicht.

Graphik: Verfahrensprinzip
Verfahrensprinzip - TerraNova

Entwässerter Klärschlamm oder zerkleinerter Bioabfall (1) mit einem Trockensubstanzgehalt von 5-30% wird mittels einer Hochdruckpumpe in den Eintragswärmetauscher (2) eingebracht.

Die vorgewärmte Biomasse wird in einem Rührreaktor (3) unter Zugabe von Katalysatoren bei bis zu ca. 200°C für etwa 5 Stunden karbonisiert. Der Rührreaktor wird dabei über einen Thermoölkreislauf beheizt. Als Wärmequelle kann dazu beispielsweise die Abgaswärme eines Blockheizkraftwerks dienen.

Der dabei entstehende Kohleslurry wird über den Austragswärmetauscher (4) abgekühlt. Die dabei entzogene Wärmeenergie wird dem Eintragswärmetauscher (2) über einen separaten Thermoölkreislauf wieder zugeführt.

In einer Entwässerungseinheit, beispielsweise einer vollautomatisierten Kammerfilterpresse, wird die Kohle auf einen Trockensubstanzgehalt von 65- 70% entwässert (5).

Die TerraNova® HTC Kohle (6) wird automatisch der Presse entnommen und kann optional in einer anschließenden Niedertemperaturtrocknung abluftfrei schlußgetrocknet werden.

Das bei der Entwässerung abgetrennte HTC Filtrat (7) kann zur Gewinnung von Phosphor, Stickstoff oder Biogas in nachfolgenden Behandlungsstufen verwertet werden.

YouTube

Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von YouTube.
Mehr erfahren

Video laden

YouTube

Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von YouTube.
Mehr erfahren

Video laden

YouTube

Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von YouTube.
Mehr erfahren

Video laden

Hydrolysierter Klärschlamm mit 22% Trockensubstanz

Technologie TDH

Bei der Thermodruckhydrolyse wird die organische Struktur des Ausgangsmaterials durch Einwirkung von Temperatur und Druck aufgebrochen um dieses in nachfolgenden biologischen Prozessen besser verwertbar zu machen. Sie wird üblicherweise zur Steigerung des Faulgasertrags von Biogasprozessen eingesetzt.

TerraNova®lysis führt eine neuartige, intensive Thermo-Druck Hydrolyse des Ausgangsmaterials durch. Dabei wird das Material über einen besonders langen Zeitraum von mehreren Stunden bei Temperaturen von 160-170°C vorbehandelt, um eine effektivere anaerobe Umsetzung in Biogas durch die Bakterien im nachfolgenden Faulprozess zu ermöglichen. Damit wird beispielsweise bei Klärschlamm (Mischung aus Primärschlamm und Belebtschlamm) eine Erhöhung des Biomethanpotentials (BMP) von ca. 35% erzielt – ein wesentlich höherer Wert als bei konventionellen Verfahren mit kürzerer Wirkzeit. Wird nur der vergleichsweise schlecht umsetzbare Belebtschlamm behandelt, ist der Effekt sogar noch größer.

Die Besonderheit von TerraNova®lysis liegt neben der langen Behandlungsdauer in der Fähigkeit, selbst Material mit sehr hohem Trockensubstanzanteil bis zu 30% zu verarbeiten. Dies ermöglicht kleine, kompakte Anlagen. Der Energieverbrauch des Verfahrens ist durch die integrierte Wärmerückgewinnung, die hohe Konzentration des zu behandelnden Materials und den Verzicht auf Dampf als Wärmeträger sehr gering und liegt bei nur 110 kWh Wärme und 16 kWh elektrischer Energie pro Tonne Input.

TerraNova®lysis verbessert zudem auch die Entwässerungsfähigkeit der Gärreste und dient damit der Minimierung der Reststoffe.

Technologie TDH

YouTube

Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von YouTube.
Mehr erfahren

Video laden

YouTube

Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von YouTube.
Mehr erfahren

Video laden

Hydrolysierter Klärschlamm mit 22% Trockensubstanz

Bei der Thermodruckhydrolyse wird die organische Struktur des Ausgangsmaterials durch Einwirkung von Temperatur und Druck aufgebrochen um dieses in nachfolgenden biologischen Prozessen besser verwertbar zu machen. Sie wird üblicherweise zur Steigerung des Faulgasertrags von Biogasprozessen eingesetzt.

TerraNova®lysis führt eine neuartige, intensive Thermo-Druck Hydrolyse des Ausgangsmaterials durch. Dabei wird das Material über einen besonders langen Zeitraum von mehreren Stunden bei Temperaturen von 160-170°C vorbehandelt, um eine effektivere anaerobe Umsetzung in Biogas durch die Bakterien im nachfolgenden Faulprozess zu ermöglichen. Damit wird beispielsweise bei Klärschlamm (Mischung aus Primärschlamm und Belebtschlamm) eine Erhöhung des Biomethanpotentials (BMP) von ca. 35% erzielt – ein wesentlich höherer Wert als bei konventionellen Verfahren mit kürzerer Wirkzeit. Wird nur der vergleichsweise schlecht umsetzbare Belebtschlamm behandelt, ist der Effekt sogar noch größer.

Die Besonderheit von TerraNova®lysis liegt neben der langen Behandlungsdauer in der Fähigkeit, selbst Material mit sehr hohem Trockensubstanzanteil bis zu 30% zu verarbeiten. Dies ermöglicht kleine, kompakte Anlagen. Der Energieverbrauch des Verfahrens ist durch die integrierte Wärmerückgewinnung, die hohe Konzentration des zu behandelnden Materials und den Verzicht auf Dampf als Wärmeträger sehr gering und liegt bei nur 110 kWh Wärme und 16 kWh elektrischer Energie pro Tonne Input.

TerraNova®lysis verbessert zudem auch die Entwässerungsfähigkeit der Gärreste und dient damit der Minimierung der Reststoffe.

Technologie Phosphor-Rückgewinnung

Im TerraNova® Verfahren kann Phosphor aus Klärschlamm, Gülle oder anderer Biomasse ohne vorhergehende Verbrennung zurückgewonnen werden – und das dezentral und im Vergleich zu anderen Verfahren mit der höchsten Rückgewinnungseffizienz.

Die Phosphorrückgewinnung ist dabei optional nachrüstbar: Nach der Behandlung der Biomasse im TerraNova® Verfahren liegt zunächst ein flüssiger Kohleschlamm vor, dem zur Phosphorrückgewinnung Säure zugegeben wird. Durch die Absenkung des pH Werts wird der enthaltene Phosphor in die flüssige Phase gelöst – man spricht hier auch von einer Phosphor-Laugung. Die phosphorreiche Flüssigkeit wird anschließend in einer Presse von den Feststoffen abgetrennt.

Diese Abtrennung erfolgt mit einer sehr hohen Effizienz, da im verbleibenden Filterkuchen mit etwa 70% Trockensubstanzanteil kaum mehr phosphorhaltige Flüssigkeit zurückbleibt. Zudem halten die Humin- und Kohlestrukturen im Filterkuchen einen Großteil der Schwermetalle zurück, wodurch der zurückgewonnene Phosphor besonders schadstoffarm ist.

TerraNova Energy - Technologie Phosphor-Rückgewinnung
Der phosphorreichen Flüssigkeit werden anschließend CSH (Calcium-Silicat-Hydrat) Granulate zugegeben, an denen der Phosphor zu amorphen Phosphorverbindungen, Hydroxylapatit und Struvit adsorbiert.

Das resultierende Phosphorprodukt entspricht der aktuellen Deutschen und Europäischen Düngemittelverordnung und hat in unabhängigen Untersuchungen eine hervorragende Düngeeffizienz nachgewiesen.

Pflanztests eines großen Düngemittelherstellers
Vergleichstest des Hessischen Umweltministeriums

Besonders hervorzuheben ist dabei, daß im Gegensatz zu aschebasierten Verfahren, die eine vorhergehende Verbrennung des Klärschlamms in Monoverbrennungsanlagen erfordern, die metallurgische Bildung von Eisenphosphid vermieden wird, welche die Düngewirkung des Phosphors drastisch reduziert.

Das patentierte TerraNova® Verfahren zu Phosphorrückgewinnung kann für alle Arten von Klärschlamm angewendet werden (Rohschlamm, Faulschlamm, Eisen-, Aluminium-Fällschlämme oder Bio-P) und erreicht, je nach Einsatzmenge der Säure zur Laugung, Rückgewinnungsquoten von 60-70% aus entwässertem Klärschlamm.

Verfahrensablauf Phosphor-Rückgewinnung

TerraNova® Phosphorrückgewinnung

YouTube

Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von YouTube.
Mehr erfahren

Video laden

YouTube

Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von YouTube.
Mehr erfahren

Video laden

Technologie Stickstoff-Abtrennung und Rückgewinnung

Stickstoff ist neben Kohlenstoff die wichtigste Komponente von Bioabfall und Klärschlamm. Und er ist Fluch und Segen zugleich: In biologischen Umwandlungsprozessen oder bei der Verbrennung entstehen mit Stickoxiden NOx und Lachgas N2O klima- und gesundheitsschädliche Gase. Bei Überdüngung dringt er als potentiell giftiges Nitrat NO3 ins Grundwasser ein oder verursacht als Ammonium NH4 die Überdüngung von offenen Gewässern.

Gleichzeitig ist Stickstoff der wichtigste Dünger zur Aufrechterhaltung unserer Lebensmittelproduktion. So könnten über 40% der Weltbevölkerung ohne industriell hergestelltes Ammoniak nicht ernährt werden. Das dazu angewandte Haber-Bosch Verfahren ist jedoch sehr energieaufwändig und für etwa 2 % des weltweiten Energiebedarfs verantwortlich. Steigende Energiepreise, die durch die weltweiten Bemühungen gegen den Klimawandel verursacht werden, haben damit einen unmittelbaren Einfluß auf die Produktionskosten von Stickstoffdünger und damit die Preise von Nahrungsmittel.

TerraNova Energy - Technologie Stickstoff-Abtrennung und Rückgewinnung
TerraNova Energy Technologie Stickstoff Abtrennung und Rückgewinnung

Stickstoff ist neben Kohlenstoff die wichtigste Komponente von Bioabfall und Klärschlamm. Und er ist Fluch und Segen zugleich: In biologischen Umwandlungsprozessen oder bei der Verbrennung entstehen mit Stickoxiden NOx und Lachgas N2O klima- und gesundheitsschädliche Gase. Bei Überdüngung dringt er als potentiell giftiges Nitrat NO3 ins Grundwasser ein oder verursacht als Ammonium NH4 die Überdüngung von offenen Gewässern.

Gleichzeitig ist Stickstoff der wichtigste Dünger zur Aufrechterhaltung unserer Lebensmittelproduktion. So könnten über 40% der Weltbevölkerung ohne industriell hergestelltes Ammoniak nicht ernährt werden. Das dazu angewandte Haber-Bosch Verfahren ist jedoch sehr energieaufwändig und für etwa 2 % des weltweiten Energiebedarfs verantwortlich. Steigende Energiepreise, die durch die weltweiten Bemühungen gegen den Klimawandel verursacht werden, haben damit einen unmittelbaren Einfluß auf die Produktionskosten von Stickstoffdünger und damit die Preise von Nahrungsmittel.

Das TerraNova® Verfahren bietet je nach Anwendungsfall unterschiedliche Lösungsansätze:

R

Durch Abtrennung von Stickstoff während der TerraNova® Verfahrens wird die Stickstoffbelastung der Biokohle etwa halbiert im Vergleich zu den Ausgangsstoffen. Dies ist z.B. dann von Vorteil, wenn eine nachfolgende Verbrennung bei Temperaturen unterhalb 900°C betrieben wird, wie z.B. Klärschlamm-Monoverbrennungsanlagen.

R

Etwa ein Viertel des im Bioabfall oder im Klärschlamm enthaltenen Stickstoffs kann als handelsüblicher Ammonium-Sulfat Dünger zurückgewonnen werden. Die Herstellung erfolgt über eine Ammoniak-Strippung des abgetrennten Prozesswassers. Sie ist dabei wesentlich energieeffizienter als das Haber-Bosch Verfahren.

TerraNova Energy - Blick in die Zukunft

Blick in die Zukunft

TerraNova Energy nutzt die Hydrothermale Karbonisierung (HTC) als Plattformtechnologie. In unserem weltweiten Netzwerk mit Forschungsinstituten wird jedoch auch ständig an Zukunftsthemen gearbeitet, die spannende neue Anwendungen für die HTC versprechen:

Blick in die Zukunft

TerraNova Energy - Blick in die Zukunft

TerraNova Energy nutzt die Hydrothermale Karbonisierung (HTC) als Plattformtechnologie. In unserem weltweiten Netzwerk mit Forschungsinstituten wird jedoch auch ständig an Zukunftsthemen gearbeitet, die spannende neue Anwendungen für die HTC versprechen:

Dauerhafte CO2-Einlagerung im Boden zur Erzielung von Negativ-Emissionen.1

Vermeidung von Klimagasemissionen, insbesondere Lachgas, bei der Nutzung von organischen Düngemitteln.2

Ersatz von fossilem Koks als Reduktionsmittel für die Stahlherstellung.3

Klimafreundliche Stickstoffgewinnung zur Vermeidung des energieaufwändigen Haber- Bosch Verfahrens.3

Regenerative Aktivkohle zur Adsorption von Gas (CO2, H2, CH4, H2S), Schadstoffen (Abwasser) und Schwermetallen.3

Kohlenstoffbasiertes Elektrodenmaterialen für Batterien und Superkondensatoren.3

Regenerative Opferelektrode bei der Wasserstoff-Elektrolyse.3

Herstellung von 5-HMF als biobasierter Grundstoff für die Chemieindustrie.3

Synthese von Carbon dots, mikroskoische Strukturen z.B. für optoelektronische Anwendungen.4

Quellenangaben
1 researchgate.net 269261607
1 researchgate.net 357885937
2 mdpi.com
3 https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/gc/d0gc00998a#!
4 Recent advances in hydrothermal carbonisation:
from tailored carbon materials and biochemicals to applications and bioenergy, Nicolae et al, Green Chem, 2020, 22, 4747

TerraNova Energy GmbH

Together we pioneer sustainability

Kontakt

3 + 3 =