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Die Erfindung betrifft ein Brennstoffbrikett aus nachwachsenden Rohstoffen.
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Aus der
DE 26 16 725 A1 ist bekannt, pflanzliche Stoffe, wie Holzknüppel, Holzabschnitte, Holzspäne, Sägespäne und weiche pflanzliche Stoffe zur Herstellung von Brennstoffbriketts zu verwenden. Dabei werden die pflanzlichen Stoffe zunächst mittels geeigneter Zerkleinerungsvorrichtungen, wie Zerschneidvorrichtungen oder Pulverisierungsvorrichtungen, auf die gewünschte Teilchengröße zerkleinert. Anschließend erfolgt eine Trocknung auf eine Restfeuchte von weniger als 15%. Schließlich werden die so hergestellten Teilchen mittels einer Presse zu brennbaren Briketts verpresst. Nachteilig hierbei ist, dass der hohe Feuchtigkeitsgrad der pflanzlichen Stoffe relativ hohe Trocknungstemperaturen erfordert. Weiterhin müssen die getrockneten Stoffe gemäß der DE 26 16 725 A1 vor dem Verpressen eine Restfeuchte von wenigstens 10% aufweisen, um eine Bindung ohne Zugabe von Bindemitteln zu ermöglichen. Daher wird die mechanische Zerkleinerung mit einer Gärung oder Fermentation kombiniert, wobei eine Zerlegung der Ausgangsstoffe auf mechanischem und biologischem Wege erfolgt. Die durch Gärung entstehende Wärme wird zur Trocknung der Ausgangsstoffe ausgenutzt. Anstelle der Gärung kann auch eine Zersetzung durch Fäulnis unter Wirkung von Bakterien vorgesehen sein, wie dies bei der Kompostierung der Fall ist. Zur Durchführung des bekannten Verfahrens sind Lagerplätze vorgesehen, auf denen die pflanzlichen Abfallstoffe getrennt nach ihren Eigenschaften gelagert werden. Ein Lagerplatz soll sich dabei in einem fortgeschrittenen Gärstadium befinden, während die anderen Lagerplätze frische oder getrocknete pflanzliche Stoffe aufweisen. Das fortgeschrittene Gärstadium ist erkennbar an einer dunklen Verfärbung der pflanzlichen Abfallstoffe, dem Entweichen von Dämpfen und einer gewissen Erwärmung. Von den Lagerplätzen werden die pflanzlichen Abfallstoffe in ein nach oben offenes Silo gefüllt, wobei sie mit gärenden Stoffen gemischt werden. Oben wird das Silo kontinuierlich mit Ausgangsstoffen beaufschlagt, die unten kontinuierlich abgezogen werden. Die Masse wird gesiebt, wobei größere Teilchen einer ersten Zerkleinerung unterzogen werden. Die gesamte Masse wird danach einem weiteren Silo zugeführt, in dem die Gärung fortgesetzt wird. Es erfolgt hierbei eine weitgehende Zersetzung des Zellengewebes, so dass eine Feinzerkleinerung mit einer Hammermühle stattfinden kann. Diese Masse gelangt in ein drittes Silo, wobei die Gärung fortgesetzt und zu Ende gebracht wird. Nach Trocknung wird die Masse ohne Bindemittelzusatz verpresst.
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Aus der
DE 43 38 306 A1 ist ein Verfahren und eine Anlage zur Verwertung von Biomasse bekannt, wobei die Verwertung von Bio-Abfällen derart erfolgt, das sie teilweise durch biogene Oxidation in Kompost umgesetzt und durch die hierbei entstehende Wärme getrocknet werden. Bei geeigneter Prozessführung sollen Temperaturen von 40°C bis 80°C entwickelt werden, die zu einem biogenen und damit autogenen Trocknungsprozess mit Restfeuchtegehalten der Bioabfälle von 20 bis 30 Gew.-% führen. Anschließend erfolgt eine thermische Verwertung in Heizkraftwerken. Als Bioabfälle werden Gras, Laub, Grünabfall, Holzschnitt, Rinde und biologische Restmaterialien genannt, die primär in der Landwirtschaft, in der Landschaftspflege und im Landschaftsbau, in Haushalten und im Wegebau anfallen können.
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Die
DE 195 03 669 A1 betrifft einen Sekundärbrennstoff auf Basis von verrottetem Abfall. Abfall, der organisches Material enthält, wird einer ein- oder mehrstufigen Verrottungsvorrichtung zugeführt. Es entsteht eine organische Masse mit einem Trockensubstanzgehalt von 60% oder mehr. Bei der mehrstufigen Verrottung wird das organische Material zunächst einer Intensivrotte bei einer Temperatur von 50°C bis 70°C und anschließend einer Nachrotte bei einer Temperatur von 35°C bis 55°C unterzogen.
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In der
DE 32 32 239 A1 wird ein Verfahren und eine Anlage zur Rindenverwertung beschrieben. Zur Verwertung von Rinden werden diese in Feinrinden und Verunreinigungen sowie Grobrinden getrennt. Feinrinden und Verunreinigungen werden kompostiert, während die Grobrinden brikettiert werden. Zur Trocknung der Grobrinden dient die bei der Kompostierung anfallende Wärme.
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Die
DE 27 00 156 C2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Brennstoffbriketts, wobei zerkleinertes faserförmiges organisches Material, insbesondere Holz oder Holzabfall, einer Hammermühle zugeführt und nach der Zerkleinerung getrocknet wird. Der Abfall wird bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 7 bis 9 Gew.-% getrocknet, bevor er zu Briketts verpresst wird. Nach der Brikettierung erfolgt eine weitere Trocknung.
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In der
DE 20 2004 001 734 U1 werden Briketts aus verpressbaren, brennbaren Materialien, insbesondere Holzbriketts aus gepressten Spänen, Fasern und ähnlichem Material, beschrieben.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Brennstoffbrikett aus nachwachsenden Rohstoffen zur Verfügung zu stellen, das einen hohen Heizwert aufweist und bei geringem Energie- und Herstellungsaufwand und geringen Herstellungskosten zu fertigen ist. Im Übrigen soll das Brennstoffbrikett eine hohe Haltbarkeit aufweisen, so dass es bei mechanischen Einwirkungen, wie sie beim Verladen und Abpacken stets auftreten, formstabil ist und weniger leicht zerbricht.
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Die vorgenannten Aufgaben werden dadurch gelöst, dass eine Rohstoffmischung, aufweisend nicht-verholztes bzw. nicht-lignifiziertes Feinmaterial bzw. Grünmaterial, im Wesentlichen Nadeln, Blätter, Gras, aber auch nicht-lignifizierte Stängel und Äste, und verholztes bzw. lignifiziertes Strukturmaterial, einem wenigstens einstufigen Verrottungsprozess unterzogen wird, wobei der Verrottungsprozess derart geführt wird, dass der Feinanteil der Rohstoffmischung wenigstens bis zu einem Rottegrad II und höchstens bis zu einem Rottegrad III biologisch umgesetzt bzw. biologisch abgebaut wird und wobei die so erhaltene partiell verrottete Rohstoffmischung gegebenenfalls weitere Verarbeitungsprozesse durchläuft und zu Brennstoffbriketts verpresst wird. Unter ”Verrottung” im Sinne der Erfindung werden Zersetzungsvorgänge des organischen Materials der Rohstoffmischung verstanden, insbesondere die Kompostierung, aber auch Fäulnis- und Gärvorgänge.
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Der Rottegrad ist eine Kenngröße für die Umsetzung der biologisch abbaubaren, organischen Substanz. Mit ihm wird der aktuelle Stand des Abbaugeschehens in Form einer Skala von I bis V gekennzeichnet. Der Rottegrad kann dabei über die im Selbsterhitzungsversuch erreichte Maximaltemperatur des verrottenden Materials definiert werden. Der Erfindung liegt der Grundgedanke zugrunde, bei einer Rohstoffmischung, die neben verholztem Strukturmaterial auch Grünmaterial bzw. nicht-verholztes Feinmaterial aufweist, den Verrottungsprozess nicht möglichst vollständig ablaufen zu lassen, sondern zu unterbrechen bzw. zu beenden, wenn das Grün- bzw. Feinmaterial wenigstens einen Rottegrad II, höchstens aber einen Rottegrad III, erreicht hat. Dadurch wird sichergestellt, dass das Strukturmaterial (Holz) noch weitestgehend erhalten und möglichst nicht oder nur zu geringem Anteil biologisch umgesetzt ist, was zum einen die Herstellung von Brennstoffbriketts mit hohem Heizwert zulässt und zum anderen eine hohe mechanische Stabilität der Brennstoffbriketts zur Folge hat. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass der Verrottungsprozess beendet wird, wenn der Feinanteil bzw. das Feinmaterial der Rohstoffmischung zu mehr als 70 Gew.-%, vorzugsweise zu mehr als 80 Gew.-%, insbesondere bis 90 Gew.-%, biologisch umgesetzt bzw. abgebaut worden ist. Der verholzte Strukturanteil sollte zu weniger als 15 Gew.-%, vorzugsweise zu weniger als 10 Gew.-%, insbesondere zu weniger als 5 Gew.-%, biologisch umgesetzt bzw. abgebaut sein.
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Die zur Herstellung des Brennstoffbriketts eingesetzte Rohstoffmischung kann im Wesentlichen aus bei der Durchforstung und bei der Stammholzernte in forstwirtschaftlichen Betrieben anfallendem Waldrestholz, Rinde und Holz aus Kurzumtriebsplantagen und Pflanzen oder Pflanzenbestandteilen bestehen, die im Rahmen der Landschaftspflege anfallen. Die vorgenannte Aufzählung nachwachsender Rohstoffe kann angelehnt sein an die Begriffsbestimmung im Gesetz (DE) zur Neuregelung des Rechts der Erneuerbaren Energien im Strombereich und zur Änderung damit zusammenhängender Vorschriften vom 25. Oktober 2008, insbesondere III. ”Positivliste”, Unterpunkte 7. und 8.
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Vorzugsweise kann der Verrottungsprozess temperaturgesteuert geführt werden, wobei die Temperatur der Rohstoffmischung während des Verrottungsprozesses gemessen wird und wobei der Verrottungsprozess nach einer Selbsterhitzung der Rohstoffmischung infolge der biologischen Umsetzung auf eine (maximale) Temperatur von mehr als 50°C, vorzugsweise von wenigstens ca. 60°C, weiter vorzugsweise von mehr als 60°C bis 65°C, und anschließendem Abklingen der Temperatur auf weniger als 45°C und, vorzugsweise, mehr als 40°C, beendet wird. Durch den Stoffwechselprozess wird Energie in Form von Wärme freigesetzt, was zur Selbsterhitzung der Rohstoffmischung führt. Vorzugsweise liegt die Rohstoffmischung dabei in einer losen Schüttung vor, wobei die Temperatur in der Schüttung mit Temperatursonden gemessen werden kann. Hier kann eine Temperaturmessung in einem Abstand von 0,5 m bis 1 m vom Außenrand bzw. der Spitze der Schüttung vorgesehen sein, wobei die Schüttung eine Höhe von 2 m bis 4 m oder mehr aufweisen kann. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass Mittelwerte für die Temperatur in der Schüttung bestimmt werden, um den Verrottungsprozess temperaturgesteuert zu führen. Für die Mittelwertbestimmung wird die Temperatur in der Rohstoffschüttung an mehreren Stellen in einer Tiefe von 0,5 m bis 1 m bzw. 0,5 m bis 1 m beabstandet von der Oberfläche der Schüttung gemessen. Durch die Tiefenmessung kann insbesondere bei Lagerung der Schüttung im Freien der Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Temperatur in der Schüttung und damit auf die Steuerung des Verrottungsprozesses weitgehend vernachlässigt werden. Das Temperaturmaximum kann nach 3 bis 5 Tagen bei Lagerung der Rohstoffmischung im Freien und nach ca. 7 bis 14 Tagen bei Lagerung der Rohstoffmischung in Rotteboxen erreicht werden.
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Zu Beginn des Verrottungsprozesses sollte der Wassergehalt der Rohstoffmischung auf einen bestimmten Wert eingestellt werden. Hier kann eine automatische Kontrolle des Wassergehaltes und gegebenenfalls eine Befeuchtung der Rohstoffmischung vorgesehen sein. Der Wassergehalt der Rohstoffmischung zu Beginn des Verrottungsprozesses sollte jedoch einen bestimmten Wert nicht überschreiten, da ansonsten nicht nur das Feinmaterial, sondern auch das Strukturmaterial zunehmend biologisch umgesetzt wird, was zu einer Absenkung des Heizwertes der Brennstoffbriketts führen kann. Darüber hinaus kann durch regelmäßiges Umsetzen der Mieten bzw. der Rohstoffschüttungen eine ausreichende Durchlüftung gewährleistet werden. Nach Erreichen des Temperaturmaximums ist der Verrottungsprozess abzubrechen und das teilweise verrottete Feinmaterial von dem Strukturmaterial zu trennen. In diesem Zusammenhang kann eine Temperaturkontrolle vorgesehen sein, um das Erreichen des Temperaturmaximums automatisch zu bestimmen. Nach dem Absieben ist der Verrottungsprozess weitgehend beendet und die Temperatur des Strukturmaterials sinkt ab. Das Strukturmaterial dient schließlich als Rohstoff zur Herstellung von Brennstoffbriketts.
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Darüber hinaus sollte der Verrottungsprozess derart geführt werden, dass der Wassergehalt der teilweise verrotteten Rohstoffmischung nach Beendigung des Verrottungsprozesses weniger als 30 Gew.-%, vorzugsweise ca. 25 Gew.-% oder weniger, beträgt. Der Wassergehalt ist in diesem Zusammenhang definiert als das Gewicht des in der Rohstoffmischung nach Abbruch des Verrottungsprozesses enthaltenen Wassers bezogen auf das Nassgewicht (Gesamtgewicht) der Rohstoffmischung, ebenfalls nach Abbruch des Verrottungsprozesses.
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Im Zusammenhang mit der Erfindung hat sich herausgestellt, dass eine Rohstoffmischung mit einem Anteil des Feinmaterials bzw. Grünmaterials in der Rohstoffmischung vor dem Verrottungsprozess zwischen 20 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise ca. 30 Gew.-%, in besonders vorteilhafter Weise die Herstellung von Brennstoffbriketts mit verbesserten Eigenschaften zulässt. Der Anteil des Strukturmaterials in der Rohstoffmischung kann dementsprechend zwischen 60 Gew.-% bis 80 Gew.-%, vorzugsweise ca. 70 Gew.-%, betragen. Der durchschnittliche Aschegehalt der eingesetzten Rohstoffmischung kann zwischen 15 bis 25%, vorzugsweise ca. 20% betragen bei einem Wassergehalt von ca. 40 bis 60 Gew.-%, insbesondere 50 Gew.-%. Der Wassergehalt ist definiert als das Gewicht des in der eingesetzten Rohstoffmischung anfänglich enthaltenen Wassers bezogen auf das Nassgewicht (Gesamtgewicht) der Rohstoffmischung, ebenfalls vor dem Verrottungsprozess.
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Die für den Verrottungsprozess vorgesehene Rohstoffmischung kann in einer Schüttung in einem zur Umgebung offenen System, d. h. unter freiem Himmel, gelagert werden. Durch die Selbsterwärmung wird die Rohstoffmischung biologisch getrocknet, was zu einer Verringerung des Wassergehaltes der Rohstoffmischung führt. Durch die Selbsterwärmung der Rohstoffmischung kommt es zu einer vorzugsweise autogenen Trocknung der Rohstoffe, wobei die Zufuhr von Trocknungswärme von außen zu der Rohstoffmischung nicht vorgesehen ist. Die die Rohstoffmischung bei der Verrottung durchströmende Luft wird durch die Wärme erhitzt, die bei den beim biologischen Abbau stattfindenden Stoffwechselvorgängen freigesetzt wird. Die Luft nimmt bis zur Feuchtesättigung Wasserdampf auf, steigt durch die Erwärmung auf und gibt die Feuchtigkeit an die Atmosphäre ab. Dadurch ist in einfacher und kostengünstiger Weise ein Feuchteaustrag aus der Rohstoffmischung gewährleistet.
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Um verrottete Feinanteile aus der Rohstoffmischung abzutrennen, kann die partiell verrottete Rohstoffmischung nach einem Zerkleinerungsprozess in wenigstens einem Siebprozess in eine Grobfraktion und in eine Feinfraktion getrennt werden, wobei die Partikelgröße der Feinfraktion weniger als 30 mm, vorzugsweise weniger als 25 mm, betragen kann. Mit der Feinfraktion werden neben nicht-verrotteten Resten des Feinmaterials auch Boden- und Erdbestandteile von der Grobfraktion abgetrennt, was zu einer Verbesserung der Brennstoffeigenschaften der hergestellten Brennstoffbriketts führt. Darüber hinaus kann alternativ oder ergänzend auch eine Zerkleinerung der Rohstoffmischung vor Beginn des Verrottungsprozesses vorgesehen sein.
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Die Grobfraktion kann anschließend in wenigstens einem Trocknungsprozess auf einen Wassergehalt von weniger als 15 Gew.-%, vorzugsweise von weniger als 10 Gew.-%, getrocknet werden. Der Wassergehalt ergibt sich aus dem Gewicht des in der Grobfraktion nach dem Trocknungsprozess enthaltenen Wassers bezogen auf das Nassgewicht (Gesamtgewicht) der Grobfraktion nach dem Trocknungsprozess. In diesem Zusammenhang sieht eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens vor, dass die Grobfraktion beispielsweise in einem Trocknungscontainer oder dergleichen durch überschüssige Abwärme aus Biogasanlagen getrocknet werden kann, was zu einem geringen Energiebedarf bei der Herstellung der Brennstoffbriketts beiträgt. Der geringe Wassergehalt der Grobfraktion nach dem Trocknungsprozess führt zu einem höheren Heizwert der hergestellten Brennstoffbriketts und zu geringeren Schwierigkeiten bei deren Anzünden. Darüber hinaus weisen die beim Verbrennen der erfindungsgemäßen Brennstoffbriketts freigesetzten Verbrennungsgase einen geringeren Dampfgehalt auf, was die Gefahr unerwünschter Wasserkondensation in den Abgasleitungen verringert.
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Nach dem Trocknungsprozess kann die Grobfraktion in wenigstens einem weiteren Zerkleinerungsprozess auf eine Partikelgröße von weniger als 15 mm, vorzugsweise von kleiner oder gleich 10 mm, zerkleinert und anschließend brikettiert werden.
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Trotz des geringen Wassergehaltes bzw. der geringen Restfeuchte der Grobfraktion nach dem Trocknungsprozess lässt es das Verfahren zu, die Brikettierung bindemittelfrei durchzuführen, wobei die erhältlichen Brennstoffbriketts gleichwohl eine hohe Haltbarkeit bei mechanischen Einwirkungen und Belastungen aufweisen. Dies wird erfindungsgemäß darauf zurückgeführt, dass bei dem Verrottungsprozess der Feinanteil (Grünanteil) nicht vollständig biologisch abgebaut wird, sondern lediglich bis zu einem maximalen Rottegrad III. Die in der Grobfraktion enthaltenen nicht biologisch umgesetzten Restanteile des Feinmaterials werden zusammen mit dem weitestgehend nicht biologisch umgesetzten Strukturmaterial zu einem formstabilen Verbund verpresst.
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Im Zusammenhang mit der Erfindung sind Versuche durchgeführt worden, wobei von frisch geschredderter Biomasse verschiedene Siebschnitte hergestellt und diese in repräsentativer Zusammensetzung mehrere Tage in einer Rottebox behandelt worden sind. Ein- und Ausgangsstoffe wurden vermessen und die Wärmetönung während der Rotte wurde kontinuierlich gemessen. Von den Siebschnitten der Einsatz- und Endprodukte wurden folgende Werte ermittelt, die kennzeichnend für das erfindungsgemäße Verfahren sein können, also auch für den Fall, dass der Verrottungsprozess im Freien stattfindet:
Für den aeroben Abbau der Feinanteile ist eine ausreichende Feuchtigkeit erforderlich. Die eingesetzte Rohstoffmischung sollte daher eine Anfangsfeuchte zwischen 40 bis 70 Gew.-%, insbesondere zwischen 45 bis 65 Gew.-%, vorzugsweise bis 50 Gew.-%, aufweisen. Bei den durchgeführten Versuchen wurde die Rohrstoffmischung derart vorbehandelt und/oder zusammengestellt, dass die Anfangsfeuchte ca. 46 Gew.-% betragen hat.
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Der Siebschnitt bei Auftrennung der verrotteten Rohstoffmischung in eine Großfraktion und eine Feinfraktion kann im Bereich zwischen 10 mm und 40 mm liegen, um einen geeigneten Rohstoff für die Brikettierung zu erhalten. In diesem Zusammenhang wurde die Atmungsaktivität (AT4) der Feinfraktion und der Grobfraktion bestimmt. Über die AT4-Werte lassen sich Rückschlüsse auf die biologische Aktivität ziehen. Während die Grobfraktion mit Partikelgrößen > 10 mm bis > 40 mm weitgehend biologisch inaktiv ist, zeigte sich bei der Feinfraktion ein Wertesprung um Faktor 5.
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Das optimale Kohlenstoff/Stickstoff-Verhältnis für den aeroben Zersetzungsprozess liegt bei 30:1. Ist das Verhältnis größer als 40:1, herrscht Stickstoffmangel, die Mikroorganismen können sich nicht mehr richtig entwickeln. Die Versuche haben gezeigt, dass die C/N-Verhältnisse bei der Feinfraktion unter 10 mm im Bereich 30:1 liegen, während diese bei der Grobfraktion bis auf ca. 150:1 ansteigen, also einen Bereich kennzeichnen, der durch Bakterien nicht oder nur sehr schlecht aufgeschlossen werden kann. Gras, Laub und/oder Rasenschnitt, welches nach Verrottung als Feinfraktion von der Grobfraktion abgetrennt werden soll, zeigt ein C/N-Verhältnis von ca. 30:1, während beispielsweise Holz kaum von Bakterien angegriffen wird und ein C/N-Verhältnis von bis zu 150:1 zeigt. Daraus lässt sich ableiten, dass der Siebschnitt zur Auftrennung der partiell verrotteten Rohstoffmischung in eine Grobfraktion und in eine Feinfraktion festgelegt werden kann in Abhängigkeit vom C/N-Verhältnis, wobei der Siebschnitt vorzugsweise derart gelegt wird, dass das C/N-Verhältnis der Feinfraktion weniger als 50:1, vorzugsweise weniger als 40:1, insbesondere ca. 30:1 und weniger beträgt.
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Bei den Rotteversuchen hat sich weiter gezeigt, dass sich der durchschnittliche Heizwert im Verlauf des Verrottungsprozesses um weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 7%, insbesondere zwischen 4 bis 6%, reduziert. Im Ergebnis stehen nach dem Verrottungsprozess rechnerisch weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 7%, insbesondere weniger als 4 bis 6% organisches Material für die Brikettierung zur Verfügung. Die sich daraus ergebende Wärmetönung, d. h. die Erwärmung der Rohstoffmischung während des Verrottungsprozesses, führt zur Verdunstung von Wasser. Hieraus kann sich eine Wasserreduzierung der Rohstoffmischung während des Verrottungsprozesses von beispielsweise 45 Gew.-% (Anfangsgehalt) auf beispielsweise 25 Gew.-% (am Ende des Verrottungsprozesses) ergeben. Der Verrottungsprozess kann somit derart geführt werden, dass durch die Wasserreduzierung aufgrund der durch die Selbsterhitzung der Rohstoffmischung bedingten Trocknung die bakterielle Umsetzung unterbunden bzw. stark eingeschränkt wird. Neben der kostengünstigen Reduzierung des Wassergehaltes wird somit ein erheblich effektiveres Absieben des inerten Feinmaterials und damit eine Reduzierung des Aschegehaltes erreicht. Der untere Heizwert der Grobfraktion bezogen auf die Trockensubstanz kann auf diese Weise auf einen Bereich zwischen 15.000 bis 20.000 kJ/kg, vorzugsweise von ca. 17.000 kJ/kg, eingestellt werden.
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Die vorgenannten Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung sowie die nachfolgend beschriebenen Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung können unabhängig voneinander, aber auch in einer beliebigen Kombination realisiert werden. Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung. In der einzigen Zeichnung ist schematisch ein Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemäßen Brennstoffbriketts aus nachwachsenden Rohstoffen dargestellt.
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Bei dem dargestellten Verfahren ist vorgesehen, eine Rohstoffmischung 1 aus vorzugsweise verschiedenen nachwachsenden Rohstoffen auf einem Lagerplatz 2 in einer Schüttung 3 mit einer Höhe von 2 m bis 4 m abzulagern. Die Schüttung 3 ist nicht gegenüber der Umgebung abgeschlossen, so dass die Schüttang 3 den Witterungseinflüssen unterliegt. Nach der Ablagerung der Rohstoffmischung 1 beginnt ein biologischer Teilabbau der organischen Substanz, welcher insbesondere durch mikrobiologische Stoffwechselprozesse entsteht. Dieser Verrottungsprozess erstreckt sich über eine Zeitdauer von wenigstens 2 Wochen. Bei einem aeroben Prozess werden im Rahmen des Katabolismus höher molekulare Substanzen durch Abbau und Energiefreisetzung über den Intermediärstoffwechsel in niedermolekulare Verbindungen umgewandelt. Feinmaterial (Grünmaterial) in der Rohstoffmischung 1, wie Nadeln, Blätter und Gras, wird in den vorgenannten exothermen Oxidations- bzw. Stoffwechselprozessen schneller zersetzt als holzartiges Strukturmaterial der Rohstoffmischung 1, da das Feinmaterial eine weitaus größere spezifische Oberfläche aufweist.
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Durch die Stoffwechselprozesse wird Energie in Form von Wärme freigesetzt, was zur Selbsterhitzung der Rohstoffmischung 1 auf über 60°C führt. Durch die Selbsterhitzung der Rohstoffmischung 1 kommt es zur Verringerung des Wassergehaltes der Rohstoffmischung 1 von ca. 50 Gew.-% auf ca. 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Rohstoffmischung. Das dargestellte Verfahren ermöglicht somit die Herstellung von Brennstoffbriketts 4 mit verbesserten Brennstoffeigenschaften, insbesondere mit einem hohen Heizwert.
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Nach dem Abklingen der Temperaturkurve auf unter 45°C wird der Verrottungsprozess durch Weiterverarbeitung der Rohstoffmischung 1 beendet. Die Temperaturkontrolle kann durch Einstoßsonden erfolgen, die 0,5 m bis 1,0 m tief in die Schüttung 3 eingestoßen werden. Im Ergebnis wird der Verrottungsprozess temperaturgesteuert geführt bzw. beendet.
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Die temperaturgesteuerte Prozessführung lässt es in einfacher Weise zu, den Verrottungsprozess zu beenden, wenn das Feinmaterial wenigstens den Rottegrad II, höchstens aber den Rottegrad III erreicht hat. Dies gewährleistet, dass das Strukturmaterial bzw. die holzartigen Bestandteile in der Rohstoffmischung 1 noch weitestgehend erhalten bzw. weitestgehend (noch) nicht biologisch umgesetzt worden sind.
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Die Rohstoffmischung 1 wird vorzugsweise erhalten durch eine Mischung von bei der Durchforstung und bei der Stammholzernte in forstwirtschaftlichen Betrieben anfallendem Waldrestholz, anfallender Rinde und anfallendem Holz aus Kurzumtriebsplantagen als Rohstoffe 5 mit Pflanzen oder Pflanzenbestandteilen, die im Rahmen der Landschaftspflege anfallen als Rohstoffe 6. Die durchschnittliche Zusammensetzung der Rohstoffmischung 1 kann ca. 60 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise ca. 70 Gew.-%, verholztes bzw. lignifiziertes Strukturmaterial und ca. 20 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise ca. 30 Gew.-%, nicht-verholztes bzw. nicht-lignifiziertes Feinmaterial aufweisen. Der durchschnittliche Aschegehalt der Rohstoffmischung 1 liegt zwischen 15 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise bei ca. 20 Gew.-%, der Wassergehalt bei ca. 45 bis 55 Gew.-%, vorzugsweise bei ca. 50 Gew.-%. Der Wassergehalt ist dabei bezogen auf das Gewicht des in der Rohstoffmischung 1 enthaltenen Wassers bezogen auf das Nassgewicht (Gesamtgewicht) der Rohstoffmischung 1, bezogen auf den Zustand vor Beginn des Verrottungsprozesses (Anlieferungszustand).
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Nicht dargestellt ist, dass die Rohstoffe 5, 6 vor der Vermischung gesichtet und von Störstoffen befreit werden können.
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Vor dem Verrottungsprozess wird die Rohstoffmischung 1 in einer Zerkleinerungseinrichtung 8, beispielsweise mit einem Schredder, zerkleinert. Die Beschickung des Schredders mit der Rohstoffmischung 1 kann mit einem Radlader erfolgen. Beispielsweise durch eine mit gepanzerten Brechzähnen umlaufende Brecherwelle kann bei geringer Walzengeschwindigkeit die Rohstoffmischung 1 auf eine Partikelgröße bzw. Stückigkeit von weniger als 250 mm, vorzugsweise weniger als 200 mm, vorzerkleinert und anschließend in einer schnelllaufenden Zerkleinerungstrommel, die mit Schlägeln bestückt ist, auf unter 150 mm, vorzugsweise auf unter 120 mm, weiter zerkleinert werden. Das durch ein Maschensieb und Fließband ausgetragene Material steht einer Weiterverarbeitung zur Verfügung. Jeweils nach der Vor- und Nachzerkleinerung können durch Magnete evtl. vorhandene Metalle abgeschieden werden. Es versteht sich, dass die vorgenannten bei Zerkleinerung der Rohstoffmischung 7 erhaltenen Partikelgrößen auch mit anderen Zerkleinerungseinrichtungen erhältlich sein können.
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Nicht dargestellt ist, dass die Rohstoffschüttung 3 während des Verrottungsprozesses durch Umlagerung durchmischt werden kann, um einen gewünschten (homogenen) Rottegrad des Feinmaterials in allen Bereichen der Schüttung 3 zu gewährleisten.
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Grundsätzlich ist es auch möglich, eine (weitere) Zerkleinerungseinrichtung 8 zur (weiteren) Zerkleinerung der partiell verrotteten Rohstoffmischung 7 alternativ oder ergänzend zur vorgelagerten Zerkleinerungsvorrichtung 8 vorzusehen, was schematisch durch die Strichliniendarstellung der (weiteren) Zerkleinerungseinrichtung 8 gezeigt ist.
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Die partiell verrottete Rohstoffmischung 7 wird in wenigstens einer Siebeinrichtung 9 in eine Grobfraktion 10 und in eine Feinfraktion 11 getrennt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, die partiell verrottete Rohstoffmischung 7 über ein Trommelsieb von ihren Feinanteilen zu befreien. Die Feinfraktion 11 kann einen Aschegehalt von 30 bis 50 Gew.-% bei einer Partikelgröße von weniger als 30 mm, vorzugsweise von weniger als 25 mm, aufweisen. Die Grobfraktion 10 mit einer Partikelgröße von weniger als 150 mm, vorzugsweise von weniger als 120 mm, kann einen Ascheanteil von 2 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise von ca. 5 Gew.-%, aufweisen.
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Die Grobfraktion 10 wird nachfolgend in einer Trocknereinrichtung 12 beispielsweise durch überschüssige Abwärme aus Biogasanlagen, auf einen Wassergehalt von weniger als 10 Gew.-% getrocknet, wobei sich der Wassergehalt ergibt aus dem Gewicht des in der Grobfraktion 10 enthaltenen Wassers bezogen auf das Nassgewicht (Gesamtgewicht) der Grobfraktion 10. Das bei der Trocknung von der Grobfraktion 10 abgetrennte Wasser wird aus der Trocknereinrichtung 12 abgeführt, was nicht im Einzelnen dargestellt ist.
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Da die Grobfraktion 10 für ein Verpressen zu grob ist, kann eine weitere Zerkleinerung in einer weiteren Zerkleinerungseinrichtung 13 erfolgen. Beispielsweise lässt sich die Grobfraktion 10 mittels einer Hammermühle weiter zerkleinern. Die Partikelgröße der Grobfraktion 1 nach dem weiteren Zerkleinerungsprozess beträgt vorzugsweise weniger als 10 mm.
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Anschließend wird die Grobfraktion 10 einer Presseinrichtung 14 zugeführt, in der die Brikettierung der Grobfraktion 10 vorzugsweise ohne Zusatz von Bindemitteln erfolgen kann. Die so erhaltenen Brennstoffbriketts 4 weisen einen unteren Heizwert von wenigstens 11.000 kJ/kg, insbesondere von ca. 16.000 bis 18.000 kJ/kg, auf mit einem Wassergehalt von weniger als 10 Gew.-% (bezogen auf das Gesamtgewicht) und einem Aschegehalt von ca. 5 Gew.-%. Im Übrigen zeichnen sich die so erhaltenen Brennstoffbriketts 4 durch eine hohe mechanische Stabilität und verbesserte Verbrennungseigenschaften aus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2616725 A1 [0002]
- DE 4338306 A1 [0003]
- DE 19503669 A1 [0004]
- DE 3232239 A1 [0005]
- DE 2700156 C2 [0006]
- DE 202004001734 U1 [0007]
