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Charakterisierung biogener Festbrennstoffe
(2005) Puttkamer, Thore von; Hein, Klaus R.G. (Prof. Dr.-Ing.)
Mit dem Ziel, einen Überblick über die zur Zeit in der Analytik biogener Festbrennstoffe verwendeter Verfahren zu bekommen und deren Präzision mittels statistischer Methoden zu bewerten, wurde in dieser Arbeit ein internationaler Ringversuch durchgeführt. Aufbauend auf den Ergebnissen wurden darüber hinaus gezielte Methodenempfehlungen für die zu bestimmenden Eigenschaften der Biomassen erarbeitet, um eine Basis für eine präzise und reproduzierbare Charakterisierung biogener Festbrennstoffe zu schaffen. Mit Hilfe von robusten statistischen Methoden wurden die Variationskoeffizienten der Analyseverfahren für die einzelnen Elemente bestimmt, um damit einen Eindruck von der Präzision der Ergebnisse zu erhalten. Generell zeigte sich, dass bei niedrigen Konzentrationen der Elemente in den Biomassen ein hoher Vergleichvariationskoeffizient und damit eine schlechte Präzision erzielt werden. Der als Bewertungsmassstab für die Präzision herangezogene Grenzwert des Vergleichsvariationskoeffizienten von 20% wurde im Brennstoff Holz bei der Analyse der Elemente Schwefel, Stickstoff und Chlor und im Brennstoff Stroh bei Schwefel zum Teil deutlich überschritten. Wird der Einfluss der Elementkonzentration auf den Variationskoeffizienten mit Hilfe der Horrat-Werte eliminiert, so stellt sich neben Schwefel, Stickstoff und Chlor auch der Wassergehalt als Charakteristikum mit zu hohem Vergleichvariationskoeffizienten dar. Die im Ringversuch untersuchten Methoden zur Bestimmung anorganischer Elemente in biogenen Festbrennstoffen basieren auf der Analyse veraschter oder aufgeschlossener Proben. Sowohl die organische als auch die anorganische Matrix der Biomassen wird dabei vor der eigentlichen Messung komplett zerstört. Wichtige Informationen über die Struktur oder die Bindungsformen der Elemente gehen dabei verloren. Diese vor allem im Hinblick auf eine Vorhersage des Verbrennungsverhaltens wichtigen Charakteristika des Brennstoffs können mit Hilfe der chemischen Fraktionierung bestimmt werden. Ein in der Literatur von BAXTER (1996) für Biomassen empfohlenes Verfahren wurde jedoch nicht explizit für diese entwickelt, sondern aus der Kohleanalytik übernommen und um nicht verifizierte Parameter erweitert. Aufbauend auf den möglichen Einflussfaktoren der Fraktionierung, die durch das Diffusionsgesetz bestimmt werden, soll durch diese Arbeit weiterführende Untersuchungen ein möglichst zeiteffizientes und vergleichbares Verfahren entwickelt werden. Basierend auf dem in der Literatur (BAXTER 1996) empfohlenen Verfahren wurden eigene Vorgaben und verfahrenstechnische Größen erweiternd hinzugezogen. Aus theoretischen Überlegungen zur Elution von Feststoffen ergaben sich mögliche Abhängigkeiten der Ergebnisse von der Temperatur und dem pH-Wert des Eluats, der Elutionsdauer, Lösungsmittelmenge, Rührgeschwindigkeit und der Korngröße des eingesetzten Brennstoffs. Neben den Einflussfaktoren, die durch das Diffusionsgesetz beschrieben werden, wird der Ablauf der Fraktionierung und die Anzahl der Verfahrensschritte untersucht. Die Ergebnisse dieser Arbeit bilden eine Grundlage nationaler und internationaler Vorhaben zur standardisierten Charakterisierung biogener Festbrennstoffe und tragen dazu bei, die thermische Nutzung von Biomassen in Europa weiter voran zu treiben.