Biomasseverbrennung an der Technische Hochschule Köln | Karteikarten & Zusammenfassungen

Lernmaterialien für Biomasseverbrennung an der Technische Hochschule Köln

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

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Lignocellulose besteht aus drei auf Polysacchariden
basierenden Stoffen:

Cellulose
Hemicellulose
Lignin

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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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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

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

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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

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

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Pyrolyse , Verkohlung, Torrefizierung: λ = 0

Vergasung: 0 < λ < 1

Verbrennung: λ > = 1

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Was ist Pyrolyse?

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

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

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Vergasung = Generatorgas (CO und H2)

Verkohlung = Biokohle

Pyrolyse = Pyrolyse Öl

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

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

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Nennen Sie drei Stoffeigenschaften, die sich durch Torrefikation verbessern.

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- höhere Energiedichte

- geringere Feuchtigkeitsaufnahme (hydrophob)

- langsamere Zersetzung

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

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

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Was sind die vier wesentlichen thermochemischen Umwandlungsverfahren?

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Torrefizierung, Verkohlung, Pyrolyse, Vergasung

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Erklären Sie mit Begriffen der Chemie die Verbrennung biogener Stoffe.

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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)

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

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 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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Q:

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

A:

Lignocellulose besteht aus drei auf Polysacchariden
basierenden Stoffen:

Cellulose
Hemicellulose
Lignin

Q:

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

A:

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

Q:

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

A:

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

Q:

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

A:

Pyrolyse , Verkohlung, Torrefizierung: λ = 0

Vergasung: 0 < λ < 1

Verbrennung: λ > = 1

Q:

Was ist Pyrolyse?

A:

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

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Q:

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

A:

Vergasung = Generatorgas (CO und H2)

Verkohlung = Biokohle

Pyrolyse = Pyrolyse Öl

Q:

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

A:

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

Q:

Nennen Sie drei Stoffeigenschaften, die sich durch Torrefikation verbessern.

A:

- höhere Energiedichte

- geringere Feuchtigkeitsaufnahme (hydrophob)

- langsamere Zersetzung

Q:

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

A:

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

Q:

Was sind die vier wesentlichen thermochemischen Umwandlungsverfahren?

A:

Torrefizierung, Verkohlung, Pyrolyse, Vergasung

Q:

Erklären Sie mit Begriffen der Chemie die Verbrennung biogener Stoffe.

A:

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)

Q:

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

A:

 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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