Biomasseverbrennung at Technische Hochschule Köln

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Was sind die drei wesentlichen Polymergruppen aus denen Holz und verholzte Biomasse besteht?

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Wie unterscheidet sich Lignin im chemischen Aufbau wesentlich von Zellulose und welche Auswirkungen hat dies auf die Verwertbarkeit als Energieträger?

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Was ist die Luftüberschusszahl? Erklären Sie in diesem Zusammenhang den Begriff stöchiometrisches Verhältnis.

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Welchen Einfluss hat die Luftüberschusszahl auf die thermo‐chemische Umwandlung biogener Stoffe?

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Was ist Pyrolyse?

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Was ist das Hauptprodukt der Vergasung (alternativ ‐ Verkohlung, Pyrolyse)?

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Wie unterscheiden sich die Edukte von hydrothermalen Vergasung und gewöhnlicher Vergasung?

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Nennen Sie drei Stoffeigenschaften, die sich durch Torrefikation verbessern.

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Wann ist eine biotische (biochemische) Umwandlung von Biomasse möglich, wann wird die thermochemische Umwandlung eingesetzt?

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Was sind die vier wesentlichen thermochemischen Umwandlungsverfahren?

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Erklären Sie mit Begriffen der Chemie die Verbrennung biogener Stoffe.

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Welche der behandelten thermochemischen Umwandlungsverfahren sind exotherm und welche endotherm? Erläutern Sie. 

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Biomasseverbrennung

Was sind die drei wesentlichen Polymergruppen aus denen Holz und verholzte Biomasse besteht?

Lignocellulose besteht aus drei auf Polysacchariden
basierenden Stoffen:

Cellulose
Hemicellulose
Lignin

Biomasseverbrennung

Wie unterscheidet sich Lignin im chemischen Aufbau wesentlich von Zellulose und welche Auswirkungen hat dies auf die Verwertbarkeit als Energieträger?

Während Cellulose aus lange Polymerketten der Glukose besteht und kristallin ist, ist Lignin:

• Komplex aufgebautes, dreidimensionales Polymer
• Zusammengesetzt aus phenolischen Makromolekülen
• Dicht vernetzt und amorph
• Chemisch außerordentlich stabil / von Enzymen schwer abzubauen
• Ermöglicht die Verholzung (Lignifizierung) von Pflanzen

Biomasseverbrennung

Was ist die Luftüberschusszahl? Erklären Sie in diesem Zusammenhang den Begriff stöchiometrisches Verhältnis.

Das Verbrennungluftverhältnis/Luftüberschusszahl gibt das Verhältnis der zugeführten Luftmasse zur mindestens notwendigen an.

Bei λ = 1 ist gerade genug Sauerstoff vorhanden, um stöchiometrisch eine vollständige Oxidation zu erzielen.

λ < 1, so entstehen Produkte, die noch weiter aufoxidiert
werden können. Diese Zwischenprodukte sind somit Energieträger. Hiervon wird bei der Veredelung von biogenen Energieträgern gebrauch gemacht.

λ > 1 unterstöchiometrische Verbrennung, Teilverbrennung

Biomasseverbrennung

Welchen Einfluss hat die Luftüberschusszahl auf die thermo‐chemische Umwandlung biogener Stoffe?

Pyrolyse , Verkohlung, Torrefizierung: λ = 0

Vergasung: 0 < λ < 1

Verbrennung: λ > = 1

Biomasseverbrennung

Was ist Pyrolyse?

Pyrolyse ist ein thermochemischer Umwandlungsprozess, wobei Biomasse bei hohen Temperaturen in Abwesenheit von Sauerstoff in Pyrolyseöl umgewandelt wird.

Biomasseverbrennung

Was ist das Hauptprodukt der Vergasung (alternativ ‐ Verkohlung, Pyrolyse)?

Vergasung = Generatorgas (CO und H2)

Verkohlung = Biokohle

Pyrolyse = Pyrolyse Öl

Biomasseverbrennung

Wie unterscheiden sich die Edukte von hydrothermalen Vergasung und gewöhnlicher Vergasung?

hydrothermale Vergasung erfolgt durch Erhitzung nasser Biomasse bei Drücken zwischen 200-300 bar

Biomasseverbrennung

Nennen Sie drei Stoffeigenschaften, die sich durch Torrefikation verbessern.

- höhere Energiedichte

- geringere Feuchtigkeitsaufnahme (hydrophob)

- langsamere Zersetzung

Biomasseverbrennung

Wann ist eine biotische (biochemische) Umwandlung von Biomasse möglich, wann wird die thermochemische Umwandlung eingesetzt?

Eine biochemische Umwandlung ist möglich wenn die Biomasse hauptsächlich aus Stärke und Disaccharide besteht, eine themochemische wenn diese hauptsächlich aus Lignocellulose besteht

Biomasseverbrennung

Was sind die vier wesentlichen thermochemischen Umwandlungsverfahren?

Torrefizierung, Verkohlung, Pyrolyse, Vergasung

Biomasseverbrennung

Erklären Sie mit Begriffen der Chemie die Verbrennung biogener Stoffe.

Durch pyrolytische Zersetzung entstehen dampfförmiges Pyrolyseöl und Pyrolysegas
-> Das Pyrolyseöl zerfällt in Brenngase und Teer
-> Leuchtende Rußpartikel
-> Verbrennung von Gas, Teer und Ruß
-> Verbrennungsprodukte (Abgas)
-> Verbrennungsprodukte (Abgas)

Biomasseverbrennung

Welche der behandelten thermochemischen Umwandlungsverfahren sind exotherm und welche endotherm? Erläutern Sie. 

 endotherm = Energie in Form von Wärme wird aus der Umgebung aufgenommen
exotherm = Energie wird in Form von Wärme freigesetzt


Pyrolyse -> endotherm, thermische in chemische Energie

Torrefikation (milde Pyrolyse)
-> endotherm

Vergasung (durch pyrolytische Zersetzung) -> endotherm

Verkohlung -> endotherm

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