Wie lassen sich Biomassearten mit hohem Wassergehalt in Zukunft sinnvoll verwenden? Und wie können die Energie und die Nährstoffe, die in diesen Ressourcen enthalten sind, effizient genutzt werden? Diese Fragen waren der Ausgangspunkt für die Untersuchung des Prozesses der hydrothermalen Karbonisierung in einer Pilotanlage in Chur, an der ein Team des Instituts für Biomasse und Ressourceneffizienz FHNW beteiligt war.
Die hydrothermale Karbonisierung, oder kurz HTC, wird oft als vielversprechende Technologie für die Vorbehandlung von nassen Biomassen bezeichnet. In der HTC-Pilotanlage in Chur werden Biomassen, die über einen hohen Wasseranteil verfügen, in einem Reaktor bei einer Temperatur von ca. 200 °C und einem Druck von ca. 18 bar in weniger Stunden karbonisiert. Nach der anschliessenden Entwässerung des entstehenden Produkts wird eine feste Fraktion (HTC-Kohle) und eine flüssige Fraktion (HTC-Prozesswasser) erzeugt. Die verbesserte mechanische Entwässerung des Produktes durch das HTC-Verfahren und die Herstellung einer "erneuerbaren Kohle", die stofflich oder energetisch genutzt werden könnte, gehören zu den wichtigsten Argumenten, die für diese Technologie sprechen.
Im Rahmen dieses vom Bundesamt für Energie (BFE) unterstützten Pilotprojekts war ein Forscherteam des Instituts für Biomasse und Ressourceneffizienz FHNW zusammen mit Partnern der ZHAW und der GREgio Energie AG daran beteiligt, die HTC-Technologie im Pilotmassstab zu entwickeln und zu optimieren.
Das Team der FHNW war insbesondere an der Bewertung der energetischen Aspekte dieser Technologie beteiligt. Im Laufe des Projekts wurden mehrere Versuchskampagnen mit verschiedenen Rohstoffen wie Klärschlamm, Gülle oder Gärresten durchgeführt. Die daraus entstehende HTC-Kohlen wurden dann im Labor auf ihre brennstofftechnischen Eigenschaften untersucht. Ausserdem wurden mit diesen HTC-Kohlen Verbrennungs- und Pyrolyseversuche durchgeführt. Zu diesem Zweck wurden die HTC-Kohlen zu Pellets gepresst (siehe Foto) und deren Eigenschaften mit denen von Holzpellets, die als Referenzbrennstoff dienen, verglichen.
Aus der Sicht der Optimierung des HTC-Prozesses wurde eine Analyse der Massen- und Energieflüsse in der Pilotanlage durchgeführt. So konnte die Leistung des HTC-Prozesses bewertet und mit konventionellen Aufbereitungsverfahren verglichen werden.
Das Verfahren wurde für die Behandlung von Klärschlamm als besonders interessant befunden, da die verbesserte Entwässerung des Rohmaterials durch HTC zu erheblichen Energieeinsparungen in der Schlammbehandlungskette führen würde.