Inkohlung
Stoffumwandlungen während der Inkohlung
Die Inkohlung ist die Umwandlung von nativer Biomasse in Kohle. Sie wird durch die Zunahme des Kohlenstoffgehaltes charakterisiert. Die folgenden Ausführungen sollen zeigen, dass der Vorgang durch die Abnahme des Gehaltes an Sauerstoff und funktionellen Gruppen genauer dargestellt werden kann.
Die Inkohlung ist eine thermische Umwandlung in Abwesenheit von Sauerstoff. Sie unterscheidet sich von mit der Pyrolyse durch die Anwesenheit von Wasser und der damit verbundenen Hydrolyse, durch die der Gehalt an Wasserstoff und OH-gruppen erhöht wird. Im Verlauf der Inkohlung wird der Sauerstoffgehalt der Kohle vermindert. Außerdem ändert sich der Gehalt an funktionellen Gruppen (Bild 1)
Abhängigkeit des Gehalts an funktionellen Gruppen vom Sauerstoffgehalt verschiedener BraunkohlenBild 1
Die Kurven in Bild 1 sind den Kurven für die Abspaltung von CO2 und CO während der Pyrolyse sehr ähnlich. Man sieht, dass der Verlauf der Inkohlung sich durch den Gehalt an gebundenem Sauerstoff und dem Gehalt an funktionellen Gruppen besser darstellen lässt als nur durch die Angabe des Kohlenstoffgehaltes.
In dem folgenden Bild wurde der Gehalt an Carboxyl-,Carbonyl- und Hydrxylgruppen verwendet. (Das Bild wurde im Jahr 1988 gezeichnet. Die Daten und Literaturstellen sind leider nicht mehr verfügbar.) Für die anderen funktionellen Gruppen Methoxylgruppen ergibt sich ein analoger Verlauf. Für diese Gruppen findet man leider nur sehr wtoffgruppen zeigt Bild 2.
Bild 2 Hauptreaktionen bei der Inkohlung
Das Endprodukt der Inkohlung ist polimerer Kohlenstoff mit Ringen von 5 oder 6 Kohlenstoffatomen. Der Reaktionsweg der Hemizellulose ist nicht sicher. Vermutlich bildet sich aus Furfurol auch polimerer Kohlenstoff.
Braunkohlen enthalten Wachse und Harze in nativer Form. Das zeigt, das die Inkohlung im Braunkohlenstadium unterhalb von 300°C gewesen ist, denn erst oberhalb von 300°C beginnt die Zersetzung von Harzen und Wachsen/ 1 / Wachse bilden bei der Pyrolyse flüchtige Paraffine. Bei der Inkohlung können Paraffine nicht flüchtig werden. Polimerer Kohlenstoff könnte sich aus den Wachsen über die Dehydrozyclisierung bilden. Dabei bildet sich aber Wasserstoff, dessen Verbleib unklar ist, denn in Kohlelagerstätten findet man in der Regel nur Methan und keinen Wasserstoff.
Literatur
/1 / Fischer/Presting, Laboratoriumsbuchfür die Untersuchung technischer Wachs,-Harz-, und Ölgemenge, Knapp Verlag 1958