Alkalische Pyrolyse für die Verwertung organischer Abfälle
Alkalische Pyrolyse für die Verwertung organischer Abfälle
Stand: 14.10.2019
1. Zielstellung
Technologie zur weitgehenden Verwertung organischer Abfälle
2. Einsatzstoffe
Organische Abfälle sind in der Regel mikrobiologische Prozesse umgewandelt und befinden sich in der ersten Phase der Inkohlung. Die wichtigsten·Quellen sind:
- Abfallströme aus Müllsortieranlagen, die größere Mengen an organischen Bestandteilen und PE/PP-Plaste enthalten
- Papierabfälle und papierhaltige Abfälle, die nicht wieder verwendet werden können
- Lignozellulosehaltige Biomasse
- Kompost, fossile Biomassen
- Organische Schlämme, Klärschlamm
- Abfälle aus der Land-und Forstwirtschaft
- Abfälle aus der Lebensmittelindustrie
3. Wirkprinzip
Alle bisherigen Pyrolyseverfahren wurden unter Abwesenheit von flüssigem Wasser durchgeführt. Dabei entstehen unvermeidlich Koks und saure Endprodukte. Mit den sauren Endprodukten sind schwer zu reinigende Abwässer und übel riechende gasförmige Emissionen verbunden. Die Hauptprodukte der trockenen Pyrolyse sind Kohlenwasserstoffe und zur Zeit nicht marktfähig.
Die entscheidende Innovation ist die Durchführung der Pyrolyse in einer alkalischen Lösung. Die besten Effekte werden durch eine konzentrierte KOH-Lösung erzielt.
Unter diesen Bedingungen wird die organische Substanz weitgehend hydrolytisch gespalten und in lösliche Produkte umgewandelt. Gleichzeitig findet eine innermolekulare Umwandlung statt, die neue ,abspaltbare funktionelle Gruppen liefert. Die entstehenden sauren funktionellen Gruppen werden durch die Alkalien neutralisiert und spätere Reaktionen zur Molekülvergrößerung und damit die Koksbildung verhindert. Saure Verbindungen in den Endprodukten treten nicht auf. Durch die Variation der Prozesstemperatur und der Verweilzeit können innermolekulare Umwandlungen und die Zusammensetzung der Endprodukte in erheblichem Masse gesteuert werden.
Die entscheidende Innovation ist die Durchführung der Pyrolyse in einer alkalischen Lösung. Die besten Effekte werden durch eine konzentrierte KOH-Lösung erzielt.
Unter diesen Bedingungen wird die organische Substanz weitgehend hydrolytisch gespalten und in lösliche Produkte umgewandelt. Gleichzeitig findet eine innermolekulare Umwandlung statt, die neue ,abspaltbare funktionelle Gruppen liefert. Die entstehenden sauren funktionellen Gruppen werden durch die Alkalien neutralisiert und spätere Reaktionen zur Molekülvergrößerung und damit die Koksbildung verhindert. Saure Verbindungen in den Endprodukten treten nicht auf. Durch die Variation der Prozesstemperatur und der Verweilzeit können innermolekulare Umwandlungen und die Zusammensetzung der Endprodukte in erheblichem Masse gesteuert werden.
Die alkalische Pyrolyse ist ein universelles Verfahren, das die meisten organischen Abfälle effizient zu marktfähigen Produkten konvertieren kann. Auchnachwachsende Rohstoffe können effektiv verarbeitet werden. Die Einsatzstoffe werden hochgradig verwertet. Abprodukte entstehen aus den enthaltenen anorganischen Bestandteilen. Es entstehen keine Abwässer. Die gasförmigen Emissionen sind mengenmäßig gering und sind überwiegend Kohlendioxid. Bei der Verwertung zellulosereicher Abfälle wird wertvoller Wald erhalten. Besonders effektiv ist der Einsatz von Abfällen, die organische Bestandteile und PE/PP-Plaste enthalten.
4. Technologie
Das Verfahren basiert auf bewährten der Zellstoffherstellung.
Es sind folgende Verfahrenschritte notwendig:
1. Entfernung aller Störstoffe
Dieser Schritt kann beim Einsatz von Produkten aus Müllsortieranlagen häufig entfallen.
2. Zerkleinerung Dieser Schritt kann beim Einsatz von Produkten aus Müllsortieranlagen häufig entfallen.
3. Kochstufe 1
Dieser Schritt kann beim Einsatz von von zellulosearmen Produkten entfallen.
Das Einsatzprodukt wird in einer KOH-Lösung bei einer Temperatur bis 190 °C gekocht, bis sich der organische Anteil außer der Zellulose gelöst hat. Der Zellstoff wird abgetrennt.
4. Kochstufe 2
Der Ablauf aus der Kochstufe 1 wird nach Abtrennung des Zellstoffs bei Temperaturen bis zu 450°C gekocht. Die Temperatur und die Verweilzeit bestimmen in Abhängigkeit von den Einsatzprodukten die Zusammensetzung der Endprodukte.
5. Aufarbeitung
Für die Aufarbeitung des Ablaufs der Kochstufe 2 sind die klassischen Trennverfahren wie Destillation und Extraktion verwendbar. Aus der Restlösung wird nach Neutralisation und Elektrolyse die
KOH-Lösung zurückgewonnen.
Produkte
Die erzeugbaren Produkte werden von der Zusammensetzung der Einsatzstoffe und der Prozesstemperatur bestimmt. Verwendet man unsortierten Müll, erhält man ein wildes Stoffgemisch -eine "explodierte Apotheke". Ein solches Stoffgemisch erfordert einen hohen Aufwand zu seiner Trennung. Die Vorsortierung der Einsatzprodukte in gut verwertbare Fraktionen ist ratsam.
5. Recycling von Plasteabfällen
5.1.Situation
„ Von den gut 14 Millionen Tonnen neuen Kunststoffs, die 2017 in Deutschland verarbeitet wurden, flossen am Ende nur 0,8 Millionen Tonnen tatsächlich wieder in den Kreislauf zurück. Der große Rest wurde in Kraftwerken verbrannt, exportiert, oder wanderte als Ersatzbrennstoff in die Zementindustrie, Setzt man die Ausgangsmenge von gut 14 Millionen Tonnen ins Verhältnis zu den 800.000 Tonnen Gebrauchtmaterial, die wieder in die Plastikproduktion fließen, kommt man auf eine harte Recyclingquote von nur 5,6 Prozent.“ ( SPIEGEL Heft 4/2019 ) Rund elf Prozent aller Verpackungsabfälle aus Deutschland wurden im Jahr 2016 ins Ausland exportiert, um sie zu recyceln. Die verbleibenden 11,7 Mio Tonnen entsprechen energetisch einer Menge an Braunkohle von ca. 62 Millionen Tonnen. Die deutsche Braunkohlenförderung betrug 171 Millionen Tonnen (2017). Die Verbrennung der nicht genutzten Kunststoffabfälle entspricht einer CO2 -Emission von etwa einem Drittel der äquivalenten Braunkohlemenge. Mit Schließung der Kohlekraftwerke entfällt der bisherige Abnehmer für Kunststoffabfälle. Es ist dringend notwendig, neue Wege für die stoffliche Verwertung von Kunststoffabfällen zu suchen.
5.2.Technologische Lösung
Der Kunststoffanteil sollte vor der Verarbeitung abgetrennt werden, weil er zu hochwertiger Sekundärplaste (Preis ca. 800 €/t) verarbeitet werden kann. Die erforderliche Technologie ist Stand der Technik. Kunststoffabfälle sind in der Regel mit diversen organischen Stoffen verunreinigt. Diese Verunreinigungen sind durch mikrobiologische Prozesse umgewandelt und befinden sich in der ersten Phase der Inkohlung. Das Schmutzwasser kann in kleinen Anlagen für die Biogaserzeugung genutzt werden. Die erzielbare Gasausbeute ist noch zu ermitteln. Bei größeren Anlagenlohnt die Weiterverarbeitung in der alkalischen Pyrolyse. Bei der alkalischen Pyrolyse entstehen im Gegensatz zu andreren Pyrolyseverfahren keine sauren Verbindungen und kein Abwasser.
