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Die
Erfindung betrifft einen Brennstoffkörper aus einer Biomasse
und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Brennstoffkörpers.
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Die
Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen als Brennstoff für
Energiezwecke, insbesondere zur Gewinnung von Wärmeenergie,
gewinnt in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung, um einerseits
den Anteil von fossilem Rohstoff für die Erzeugung von
Wärmeenergie zu verringern und andererseits die damit verbundene
CO2 Belastung der Umwelt durch den Einsatz
von bekanntlich CO2 neutralen Biomassen
nachwachsender Rohstoffe zu reduzieren und folglich dem Treibhauseffekt
entgegen zu wirken.
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Zur
Herstellung derartiger Brennstoffe werden, wie allgemein bekannt,
vorwiegend Nebenprodukte und/oder primäre Abfallprodukte
der Halmfruchternte, wie Stroh und Spelzen oder der Holzverarbeitung,
wie Säge- und Hobelspäne oder dgl. aber auch primäre
Abfallprodukte der Ölfruchternte und der Ölge winnung
aus der Ölfrucht, wie u. a. Rapskuchen genutzt, die bevorzugt
als Brennstoffkörper in Form von Pellets oder Briketts
verpresst werden.
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Zur
Verarbeitung dieser Neben- und/oder primären Abfallprodukte
zu Brennstoffkörpern, die für sich oder auch im
Gemisch verwendet werden, sind spezielle Aufbereitungsverfahren
und Pressverfahren erforderlich. Diese Verfahren erfordern in Abhängigkeit
des oder der eingesetzten Ausgangsmaterialien und deren Ausgangszustand
einen relativ großen gerätetechnischen Aufwand
und sind mehr oder weniger energieintensiv. Des weiteren sind in
den meisten Fällen Zusatzstoffe beizumischen, um eine Schlackenbildung
bei der Verbrennung zu minimieren und/oder das Verpressen der Materialien
zu einem Brennstoffkörper zu begünstigen und/oder
den Brennwert zu verbessern.
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So
sind beispielsweise aus der
DE 199 55 844 A1 Pellets aus gepresster getrockneter
Biomasse, wie Säge- und/oder Hobelspäne bekannt,
die als Zusatzstoff 1–10% Getreide bzw. Mais in gemahlener Form
bzw. Stärke enthalten. Dieser Zusatzstoff dient als Gleit-
und Bindemittel zur Herstellung der Pellets. Nach dem vorgeschlagenen
Verfahren wird das verfahrenstechnisch aufbereitete Gemisch mit
Dampf befeuchtet und die befeuchtete Masse wird vor dem Verpressen
zu einem Brennstoffkörper in einem Verweilbehälter
gehalten, bis die enthaltene Stärke durch den Dampf aufgeschlossen
wird und im Quellbereich in hochviskosen Stärkekleister übergeht. Dieses
Herstellungsverfahren der Brennstoffkörper ist energieaufwendig,
da zunächst Dampf eingebracht wird, der eine zusätzliche
Trocknung notwendig macht. Des weiteren sind die vorgeschlagenen Zusatzstoffe
kostenintensive Produkte die den Brennstoff verteuern, insbesondere
dann, wenn reine Stärke ver wendet wird, um auf diese Weise
den Stickstoffeintrag in das Pressgut wegen resultierender erhöhter
NO
x im Abgas zu vermeiden.
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Aus
der
DE 103 34 645
A1 ist ein Brennstoff auf der Basis von organischen Nebenprodukten
und Reststoffen bekannt, der aus einem Gemisch aus Holz in zerkleinerter
Form und aus organischen Nebenprodukten oder Reststoffen ohne Bindemittel
besteht, wobei der Anteil an Holz in zerkleinerter Form zwischen
20–80% liegt und der restliche Teil aus organischen Bestandteilen
nachwachsender Rohstoffe ist. Dieses aufbereitete Gemisch wird vor
der Zuführung zur Pelletrierpresse auf eine Eingangsfeuchte von
5–40% eingestellt und in der Pelletrierpresse unter Abgabe
von Feuchtigkeit gepresst, so dass nach einer Abkühlung
in einem Gegenstromkühler und der Absiebung von Feinmaterial
das Endprodukt als Pellets verbleibt. Der Nachteil dieses Verfahrens
ist, dass neben der Aufbereitung des Gemischs das im Gemisch enthaltene
Wasser bei der Pelletierung zur Verdampfung gebracht werden muss
und folglich die verpresste Masse in einem Gegenstromkühler
gekühlt und nach dem Kühlen das Feinmaterial abzusieben
ist, um das Endprodukt Pellets zu erhalten. Folglich ist auch ein
derartiges Verfahren energieintensiv.
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Aus
der
DE 10 2004
042 659 A1 ist ein Brennstoffkörper aus agraren
Abfallstoffen bekannt, der aus einem agraren Abfallstoff, wie primäre
Abfälle der Halmfruchternte, einem ersten Zusatzstoff zur Heizwerterhöhung,
wie Reststoffe der Getreideverarbeitung und einem zweiten Zusatzstoff
zur Verringerung von Schlackebildung, Kalk besteht. Zur Herstellung
solcher Brennstoffkörper sind mindestens die agraren Abfallstoffe,
wie in der
DE
10 2004 042 695 A1 vorgeschlagen, auf eine Par tikelgröße
zwischen 1–5 mm zu zerkleinern oder zu mahlen, um das anschließende
Verpressen zu erleichtern.
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Beim
Verpressen selbst wirkt Wärme in Form von Wasserdampf von
100 bis 200°C auf das Stoffgemisch ein, um auf diese Weise
die Verklebung der Partikel untereinander zu erreichen. Folglich
ist die Herstellung dieser Brennstoffkörper auch nur mit
einem erhöhten gerätetechnischen Aufwand und Energiebedarf
möglich. Darüber hinaus sind für die
Verbrennung einer derartigen Zusammensetzung eines Brennstoffkörpers,
ebenso wie bei anderen bekannten Brennstoffen, die mindestens teilweise
aus Nebenprodukten und/oder primären Abfallprodukten der Halmfruchternte,
wie Stroh und Spelzen bestehen, spezielle Verbrennungsöfen
notwendig.
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Bei
den genannten, wie auch bei allen anderen Brennstoffen, die aus
Nebenprodukten und/oder primären Abfallprodukten der Halmfruchternte,
wie Stroh und Spelzen, bestehen, und die beispielsweise nicht mit
einem Zusatz von Natriumperborat versehen sind, das bei der Erwärmung
in Oxoborat umgewandelt wird und somit den Ascheerweichungspunkt erhöht,
ist die Asche infolge der mineralischen Anteile, wie beispielsweise
von Silikaten, die bekanntlich einen niedrigen Schmelzpunkt haben,
problematisch. So hat sich gezeigt, dass bei Temperaturen von ≤ 600°C
die Asche klebrig werden kann, was zur Schlackebildung und Verkleben
der Feuerroste führt. Dieser Prozess kann zwar mit einem
Kalkzuschlag verringert aber nicht ausgeschlossen werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher einen Brennstoffkörper
aus einer Biomasse zur Verfügung zu stellen, der mit dem
geringsten Kostenaufwand herstellbar und für herkömmliche
Verbrennungsofen alternativ nutzbar ist, der eine um weltfreundliche
und annähernd schlackefreie Verbrennung gewährleistet
und der mindestens einen Heizwert und Verbrennungseigenschaften
wie luftgetrocknetes Buchenholz aufweist sowie ein Verfahren zur
Herstellung des Brennstoffkörpers.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Brennstoffkörper, der ausschließlich aus einem
beim Vermahlen von Halmfrüchten anfallenden und unbehandelten
Nebenprodukt besteht, das mit einem max. Feuchtigkeitsgehalt bis
zu 16% und frei von Zusatzstoffen unter einem Druck von größer 50
t in einer Form zu einem Formkörper verpresst ist.
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Dieser
erfindungsgemäße Brennstoffkörper besteht
ausschließlich aus einem unbehandelten Nebenprodukt, das
beim Vermahlen von Halmfrüchten anfällt und das
ohne eine weitere Behandlung verpresst wird. Folglich kann ein derartiger
Brennstoffkörper mit dem geringsten Aufwand sehr kostengünstig
hergestellt und zur Verfügung gestellt werden. Durch die
biologische Zusammensetzung der Schalenteile, nämlich der äußeren
Schichten der Körner und Keimlinge, beträgt der
Heizwert ca. 17000 kJ/kg und liegt damit über den Heizwert
von getrocknetem Buchenholz, der bei ca. 16000 kJ/kg liegt. Verbrennungsversuche
haben aber auch ergeben, dass der erfindungsgemäße
Brennstoffkörper ein vergleichbares Brenn- und Durchbrennverhalten wie
getrocknetes Buchenholz zeigt. Folglich wird bei der Verbrennung, ähnlich
wie bei getrocknetem Buchenholz, ein Glutbett erreicht, das eine
sehr emissionsarme und feinstaubfreie Verbrennung gewährleistet,
so dass in Verbindung mit der CO2 neutralen
Biomasse als Ausgangsmaterial das entweichende Rauchgas sehr umweltfreundlich
ist. Die Brennversuche zeigten aber auch, dass bei der Erwärmung
die Brennstoffkörper geringfügig aufbrechen und
sich Springfalten auf der Oberfläche bilden, die den Verbrennungsprozess
sehr begünstigen, der Brennstoffkörper aber selbst
bis zur vollständigen Verbrennung stabil bleibt und nicht
zerfällt, so dass bis zur vollständigen Verbrennung
der Brennstoffkörper das Glutbett erhalten bleibt.
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Bei
den Brennversuchen in handelsüblichen Verbrennungsöfen
hat sich aber auch überraschend gezeigt, dass nach der
vollständigen Verbrennung der erfindungsgemäßen
Brennstoffkörper die Asche wie bei einer Holzverbrennung
locker und ohne unverbrannte Brennstoffteile war und auch keine
durch die mineralischen Anteile des Restmehlanteil hervorgerufenen
klebrigen Spuren in der Asche zu erkennen waren, die zur Schlackebildung
und zum Verkleben der Feuerroste führen können.
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Folglich
ist durch das buchenholzähnliche schlackefreie Durchbrennverhalten
eines erfindungsgemäßen Brennstoffkörpers
auch ohne einen Luftüberschuss die Voraussetzung gegeben,
dass diese Brennstoffkörper in jedem handelsüblichen
Verbrennungsofen für feste Brennstoffe sowohl für
den privaten als für den industriellen Bereich alternativ
für sich oder in der Kombination mit anderen festen Brennstoffen
nutzbar sind.
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Vielmehr,
durch den Einsatz des Nebenprodukts, das beim Vermahlen der Halmfrüchte
bereits in einer bevorzugten Partikelgröße anfällt
und das folglich ohne weitere Aufbereitung und zuschlagsstofffrei
direkt zu Brennstoffkörpern verpresst wird, kann dieser
Brennstoffkörper mit dem geringsten technologischen und
energetischen Aufwand aus einem zwangsläufig anfallenden
Abfallprodukt hergestellt werden und kann damit dem Endverbraucher sehr
kostengünstig zur Verfügung gestellt werden.
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Damit
können mit diesen Brennstoffkörpern zum einen
beim Endverbraucher die Heizungskosten wesentlich gesenkt werden
und zum anderen tragen diese Brennstoffkörper durch die
CO2 neutrale Biomasse, die ohne weitere
Zuschlagsstoffe verpresst ist und die ähnlich wie getrocknetes
Buchenholz feinstaubreduziert verbrennen, wesentlich zur Verringerung
des Treibhauseffektes und der Feinstaubbelastung der Atmosphäre
bei.
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Vorteilhafterweise
bestehen die eingesetzten Nebenprodukte aus den anfallenden Restprodukten beim
Vermahlen von Weizen oder Roggen oder Hafer oder Gerste oder Hirse
oder Triticate, oder Dinkel, wobei die Restprodukte einer Hülsenfruchtart
für sich oder ein Gemisch davon das Nebenprodukt bilden. Jedes
aus diesen Halmfrüchten für sich oder als Gemisch
bestehende Nebenprodukt, das aus den Restprodukten der Schalenteile
der äußeren Schichten der Körner und
Keimlinge, nämlich der Kleie und aus einem sehr geringen
noch verbleibenden Restanteil Mehl (ca. 1–3%) besteht,
können mit dem gleichen technologischen Prozess zu schütt-
und transportstabilen Formkörpern verpresst werden und
weisen auch einen vergleichbaren Heizwert und vergleichbare Verbrennungseigenschaften
auf.
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Sehr
vorteilhaft für den Herstellungsprozess der Brennstoffkörper
ist, wenn das Nebenprodukt mit einem Feuchtigkeitsgehalt verpresst
ist, der dem Feuchtigkeitsgehalt der Restprodukte nach dem Mahlprozess
der Halmfrüchte entspricht. Dieser Feuchtigkeitsgehalt
liegt beim Vermahlen von Halmfrüchten, wie allgemein bekannt,
durchschnittlich zwischen 13–14% und damit in einem bevorzugten
Bereich, so dass das Nebenprodukt ohne einen weiteren zusätzlichen
Energieaufwand zum Einstellen des Feuchtigkeitsgehalts oder zum
Verkleben der Oberfläche beim Verpressen der Körper
verpresst werden kann.
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Bevorzugt
wird der erfindungsgemäße Brennstoffkörper
mit einem Verfahren hergestellt, nach dem
- – das
anfallende Nebenprodukt beim Vermahlen einer Halmfrücht
direkt und unbehandelt nach dem Mahlprozess oder aus einem Zwischenspeicher
mit Feuchtigkeitsgehalt von max. 16% in einem Schneckenverdichter
verdichtet wird,
- – das verdichtete Nebenprodukt mengendosiert einer
hydraulischen Zangenpresse zugeführt wird,
- – in der Zangenpresse das verdichtete Nebenprodukt
bei einem Druck von größer 50 t, bevorzugt 200–220
t, zu einem Formkörper verpresst wird und
- – der verpresste Formkörper mit einer Fixmaßlänge
aus der Zangenpresse ausgestoßen wird.
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Überraschend
hat sich gezeigt, dass ein beim Vermahlen von Halmfrüchten
anfallendes Nebenprodukt, das neben den Schalenteilen der äußeren
Schichten der Körner und Keimlinge auch aus einem Restanteil
von ca. 1–3% Mehl besteht, bei einem Feuchtigkeitsgehalt
bis zu max. 16% und bei einem Pressdruck von mindestens 50 t, bevorzugt
200 bis 220 t sehr wirtschaftlich und energiesparend zu formstabilen
Körpern verpresst werden kann, da sich der Restanteil des
Mehls bei diesen Verfahrensparametern als ein ausreichendes Bindemittel
herausgestellt hat.
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Damit
war die Voraussetzung gegeben, dass nur die CO2 neutrale
Biomasse, die beim Vermahlen von Halmfrüchten als Nebenprodukt
anfällt und durch die Schalenteile eine holzähnliche
Konsistenz und damit einen vergleichbaren Heizwert wie Holz aufweist,
mit einem geringen gerätetechnischen und energetischen
Aufwand wirtschaftlich für sich alleine und frei von weiteren
Zusatzstoffen oder Bindemitteln und/oder Gleitmitteln zu einem stabilen
Brennstoffkörper in Form von Pellets oder Briketts verpresst werden
kann.
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Soll
ein zwischengelagertes Nebenprodukt verpresst werden, das sich aus
Nebenprodukten von verschiedenen Hülsenfrüchten
und/oder verschiedenen Mahlprozessen zusammensetzt, die einen schwankenden
Restmehlanteil enthalten können, ist es vorteilhaft, wenn
das Nebenprodukt vor dem Verdichten zur homogenen Verteilung der
Restprodukte im zu verpressenden Nebenprodukt gemischt wird.
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Bevorzugt
wird die Fixmaßlänge der Brennstoffkörper über
eine dosierte Zuführung an Nebenprodukt zur Zangenpresse
konstant gehalten. Zu diesem Zweck wird empfohlen, dass die dosierte
Menge des Nebenprodukts zur Zangenpresse mit einem mengenregelbaren
Schneckendichter geregelt wird. Damit ist die Voraussetzung gegeben,
dass die Brennstoffkörper staub- und bruchfrei in einer
gewünschten Fixmaßlänge hergestellt und
damit unmittelbar nach dem Ausstoßen in die Transportbehälter eingesackt
oder eingefüllt werden können. Durch die Regelung
des dosierten Nebenprodukts mittels eines mengenregelbaren Schneckenverdichters
kann die Fixmaßlänge ohne eine Veränderung
der gerätetechnischen Ausrüstung auf eine sehr
einfache Art und Weise jedem Bedarf und Kundenwunsch angepasst werden.
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Weitere
Einzelheiten des erfindungsgemäßen Brennstoffs
und eine bevorzugte Ausstattung des Verfahrens zur Herstellung des
Brennstoffkörpers ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
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Der
Brennstoffkörper besteht aus einer reinen CO2 neutralen
Biomasse, die als Nebenprodukt beim Vermahlen von Halmfrüchten
anfällt.
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Dieses
Nebenprodukt setzt sich ausschließlich aus den Schalenteilen
der äußeren Schichten der Körner und
Keimlinge und einem Restmehlgehalt von ca. 1–3% zusammen
und ist unbehandelt und ohne weitere Zusätze mit dem nachfolgend
bevorzugten Verfahren zu Brennstoffkörpern in Form von Pellets
und/oder Briketts mit einer Fixmaßlänge verpresst.
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Nach
einer bevorzugten Verfahrensausstattung wird das beim Vermahlen
anfallende Nebenprodukt, das nach dem Vermahlen der Halmfrüchte
einen Feuchtigkeitsgehalt von ca. 13–14% aufweist, in der
vorliegenden Partikelgröße und mit dem vorhandenen
Feuchtigkeitsgehalt zwischengelagert oder direkt dem Verfahrensablauf
zum Verpressen zugeführt.
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Das
dem Zwischenspeicher oder direkt dem Verfahrensablauf zugeführte
unbehandelte Nebenprodukt wird zuschlagsfrei in einem Schneckenverdichter
verdichtet, der bei diesem speziellen Beispiel ein mengenregelbarer
Schneckenverdichter ist. Nach dem Verdichten wird diskontinuierlich
aus dem Schneckenverdichter eine auf die Fixlänge des herzustellenden
Brennstoffkörpers abgestimmte Dosiermenge an verdichtetem
Nebenprodukt in den Zylinder einer Zangenpresse eingeleitet, die
in diesem Fall bevorzugt eine hydraulische Zangenpresse ist.
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In
der hydraulischen Zangenpresse wird die eindosierte Menge an verdichtetem
Nebenprodukt bevorzugt mit einem Pressdruck von 200–200
t je verpresst. Während des Pressvorgangs fungiert bereits
bei einem Pressdruck von 50 t der im Nebenprodukt vorhandene Mehlanteil
in Verbindung mit enthaltenem Feuchtigkeitsgehalt als Bindemittel
zwischen den Schalenteilen, so dass die Schalenteile zu einem formstabilen
und bruchfesten Formköper untereinander verkleben. Nach
Erreichen des Maximaldrucks, der bevorzugt auf 210 t eingestellt
ist, öffnet das Widerlager der Zangenpresse und wirft den
verpressten Formkörper je nach der Ausführungsform
des Zylinders der Zangenpresse als Pellets oder Briketts aus. Diese
verpressten und ausgeformten Pellets oder Briketts sind formstabil
und bruchsicher und werden unmittelbar nach dem Ausstoßen
abgesackt oder in andere geeignete Behältnisse verpackt
oder gebündelt.
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Der
notwendige Energiebedarf zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Brennstoffkörper erstreckt sich nur auf das Betreiben des
Schneckenverdichters und der hydraulischen Zangenpresse und beträgt
in diesem speziellen Fall ca. 15 KWh.
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Ein
erfindungsgemäß hergestellter Brennstoffkörper,
der ausschließlich aus dem als Nebenprodukt anfallenden
Reststoffen beim Vermahlen von Halmfrüchten hergestellt
wird, kann in Verbindung mit den kostengünstigen Herstellungsverfahren
sehr preiswert mit einem Heizwert, der mindestens vergleichbar mit
getrocknetem Buchholz ist, auf den Markt gebracht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19955844
A1 [0005]
- - DE 10334645 A1 [0006]
- - DE 102004042659 A1 [0007]
- - DE 102004042695 A1 [0007]