Temperaturaufgelöste Freisetzung von Nebenelementen aus fester Biomasse

Die Neben- und Spurenelemente in fester Biomasse können bei der Verbrennung oder Vergasung erhebliche Probleme verursachen. Insbesondere Alkalimetalle bilden Feinstaub und beschleunigen die Bildung von Depositionen. In kleinen Feuerungsanlagen sind Feinstaubemissionen eine Herausforderung, da Filteranlagen notwendig werden um Emissionsgesetze einzuhalten. In industriellen Anlagen verursachen Depositionen massive Kosten, weil der Wirkungsgrad reduziert wird und die oft chlorhaltigen Ablagerungen signifikante Korrosionsprobleme verursachen. Durch Anpassung der Prozessparameter oder durch die Zugabe von Additiven können die aschebedingten Probleme reduziert werden. Zur effektiven Reduktion der Feinstaub- und Depositionsbildung ist es zunächst wichtig, die Freisetzung der problematischen Elemente in die Gasphase zu verstehen. Die Freisetzung dieser Elemente hängt von einer Vielzahl von Einflussfaktoren ab. Die Temperatur und die chemische Bindung haben den größten Einfluss auf die freigesetzte Menge. Darüber hinaus verändert sich das Freisetzungsverhalten von Alkalimetallen abhängig vom Chlor-, Aluminium- und Siliziumgehalt der Biomasse. Außerdem können Heizrate, Partikelgröße, Atmosphäre, Vorbehandlungen und Struktur der Biomasse die Freisetzung beeinflussen. Der Einfluss der Faktoren ist in der Literatur ausführlich beschrieben, jedoch konzentrieren sich die meisten Quellen isoliert auf ein oder zwei Faktoren. Zusätzlich verändert sich die Konzentration der Nebenelemente abhängig von der Partikelgröße, da anorganische Verbindungen ein anderes Mahlverhalten aufweisen. Mit Hilfe von elektrothermischer Verdampfung (ETV) und anschließender optischer Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) kann die Freisetzung der Nebenelemente temperaturaufgelöst analysiert werden. Dazu werden Biomasseproben in einer ETV bei bis zu 2400 °C verdampft. Anschließend wird die elementare Zusammensetzung der entstehenden Gase mit Hilfe der ICP-OES bestimmt. Die gleichzeitige und zeitaufgelöste Messung der Freisetzung von einer Vielzahl von Nebenelementen ermöglicht Aussagen über die Wechselwirkungen zwischen den freigesetzten Elementen. Darüber hinaus kann der Einfluss von Heizrate und Temperatur sehr genau abgebildet werden. In dieser Arbeit wird das Freisetzungsverhalten von Nebenelementen aus Holzpelltes temperaturaufgelöst untersucht. Besonderer Fokus liegt dabei auf dem Einfluss der Partikelgröße auf die Zusammensetzung und die Freisetzung. Dafür werden die Holzpellets gemahlen und anschließend in sieben Fraktionen gesiebt. Die verschiedenen Partikelfraktionen werden dann im ETV-ICP-OES System analysiert. Dabei zeigt sich, dass die Nebenelementkonzentration in kleinen Partikeln deutlich höher ist als in großen Partikeln. Diese Analysen werden durch Mikrowellendruckaufschlüsse bestätigt. Außerdem zeigt sich, dass Kalium und Natrium weitgehend unabhängig von Chlor und Schwefel freigesetzt werden. Veränderte Phosphor-, Calcium-, und Magnesiumfreisetzungsmuster kleiner Partikel deuten darauf hin, dass nicht nur die Konzentration der Nebenelemente in diesen Partikeln höher ist, sondern dass auch andere Verbindungen vorliegen könnten.     «

Die Neben- und Spurenelemente in fester Biomasse können bei der Verbrennung oder Vergasung erhebliche Probleme verursachen. Insbesondere Alkalimetalle bilden Feinstaub und beschleunigen die Bildung von Depositionen. In kleinen Feuerungsanlagen sind Feinstaubemissionen eine Herausforderung, da Filteranlagen notwendig werden um Emissionsgesetze einzuhalten. In industriellen Anlagen verursachen Depositionen massive Kosten, weil der Wirkungsgrad reduziert wird und die oft chlorhaltigen Ablageru...     »