Reaktion und Transport in einzelnen pyrolysierenden Holzpartikeln - Modellierung und experimentelle Validierung mit in situ-Messungen

• Antragsteller: Professor Dr. Frank Behrendt; Professor Dr. Jürgen Röpcke
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263960859

Dieser Antrag basiert auf der engen Kooperation zwischen dem Leibniz-Institut für Plasmatechnik und Technologie (INP Greifswald) und der TU Berlin - Fachgebiet Energieverfahrenstechnik und Umwandlungstechniken erneuerbarer Energien (EVUR-TUB). Durch die Zusammenführung der Expertise beider Gruppen in laserbasierten spektroskopischen Techniken und thermochemischen Umwandlungsprozessen wird das unzureichende Verständnis des Pyrolysemechanismus, der für jeden thermochemischen Umwandlungsprozess entscheidend ist, aus einer innovativen Perspektive betrachtet.Im nun endenden Projekt hat sich die Strategie bewährt, identische Reaktoren an unterschiedlichen Orten zu nutzen, ohne dass die Analysemethoden zum jeweils anderen Partner gebracht werden müssen. Die Vergleichbarkeit beider Experimente wurde sicher gestellt, so dass die Ergebnisse mittels IRLAS und LIF kombiniert und so die Charakterisierung und das Verständnis des Pyrolyseprozesses vorangetrieben und neuartige Erkenntnisse gewonnen werden können. Hierzu zählen die Unterschiede des pyrolytischen Verhaltens von Buchen- und Kiefernholz, das zu unterschiedlichen Permanentgas-Zusammensetzungen führt, sowie die Entwicklung polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe (PAK) und die teilweise Exothermie des Prozesses. Dies ist nicht nur auf die unterschiedliche Struktur und Zusammensetzung der beiden Holzarten, sondern auch auf den unterschiedlichen Gehalt an anorganischen Stoffen und deren Einfluss auf die Pyrolysekonversion zurückzuführen.Das vorliegende Projekt hat jedoch auch gezeigt, dass eine höhere Empfindlichkeit in den spektroskopischen Techniken (IRLAS und LIF) erforderlich ist, um weitere Gasphasenspezies für ein besseres und detaillierteres, auch quantitatives Verständnis des Pyrolyse-Mechanismus zu detektieren.In der Pyrolyseforschung wurden kürzlich die folgenden Notwendigkeiten hervorgehoben: (1) Einschluss heterogener Nebenreaktionen in kinetischen Modellen, (2) Bestimmung des Einflusses anorganischer Spezies auf Produktverteilungen und Nebenreaktionen, (3) Erweiterung der Gasphasenkinetik um die Bildungsreaktionen von BTX, PAK und Ruß und (4) Verbesserung der Beschreibung des Reaktionsverlaufs, insbesondere hinsichtlich der freigesetzten flüchtigen Bestandteile und der Reaktionswärme.Unsere bisherigen Ergebnisse und diese identifizierten Wissenslücken motivieren uns, diese Forschungsrichtung fortzusetzen und eine Projektverlängerung um 24 Monate zu beantragen. Hierbei wird das Hauptziel darin bestehen, heterogene Nebenreaktionen in die Kinetik des Pyrolyse-Mechanismus einzubeziehen, d.h. nicht nur den Einfluss dieser Reaktionen auf die Produktgaszusammensetzung, sondern auch auf die Reaktionsenthalpien und die Prozesskinetik zu bestimmen. Um dies zu erreichen, müssen auch die Empfindlichkeit der spektroskopischen Systeme, die Quantifizierung der Ergebnisse und die Verbesserung der Charakterisierung der physikalischen Phänomene, die im Reaktor stattfinden, erreicht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr.-Ing. Alba Diéguez Alonso