Biomasse Flashcards
Welche generellen energetischen Nutzungsarten von Biomasse kennen Sie? Geben Sie auch die Produkte an.
- Verbrennung (Rauchgas, Wärmeträger)
- Vergasung (Gas, Koks) ► Synthese (Treibstoffe)
- Pyrolyse (Gas, Öl, Koks)
- HTC (Koks)
- Methangärung (Biogas)
- alkoholische Gärung (Ethanol)
- Pressen (Öl) ► Verestern (RME)
Was sind wichtige Stoffgruppen in Pflanzen?
- Kohlenhydrate (Einfachzucker, Zweifachzucker, Mehrfachzucker, Vielfachzucker)
- Lignin (Holzstoff)
- Fette und fette Öle
- Eiweiße (Proteine)
Welche Stoffgruppen enthalten den Großteil des Pflanzenstickstoffs?
Eiweiße (Proteine)
Welche Funktionen übernehmen Eiweiße?
- Bausteine für Pflanzensubstanz
- Stofftransport
- Katalysatoren
- Signalstofferkennung
- Hormone
- Reservestoffe
Woraus bestehen Kohlenhydrate?
- Monosaccharide sind Bausteine aller Kohlenhydrate
- Können zu Disacchariden, Oligosacchariden und Polysacchariden verkettet und kombiniert werden
- Beispiele: Fructose, Glucose
Woraus besteht Stärke und welche Funktion erfüllt sie?
- Stärke ist ein Polysaccharid das nur aus Glucose-Einheiten besteht
- 20 % Amylose
- 80 % Amylopektin
- Stärke ist ein wichtiger Reservestoff der Pflanzen (Speicherung von Kohlenstoff)
Welche Stoffgruppen machen mengenmäßig den größten Anteil der Biomasse aus?
- Zellulose
- Hemizellulose
- Lignin
Beschreiben Sie den Ablauf der Aktivkohleherstellung.
• Die Dampfaktivierung aus vorverkokter Biomasse ist die vorherrschende Verfahrensart (chemische Aktivierung vorher nicht carbonisierter Biomasse ist ebenfalls möglich)
• Zwei Stufen:
o Carbonisierung, Koksherstellung
o Vergrößerung der verengten Porenstruktur
- Temperaturbereich: 900-1100 °C
- Merkmal: Der Prozess erfolgt in großdimensionierte Öfen, da so eine ausreichend lange Kontaktzeit für die Reaktion von Dampf und Kohlenstoff gewährleistet wird
• Ofenbauarten:
o Drehrohröfen
o Etagenöfen
o Wirbelschichtöfen
Zu welchem Ziel wird das HTC-Verfahren eingesetzt?
- Simulation eines natürlichen Inkohlungsprozesses innerhalb “eines halben Tages”
- Erhöhung des C-Gehalts
- Erhöhung des Heizwerts
- Verbesserung der Entwässerbarkeit
- Verbesserung Wasserstabilität
Nennen Sie die Ihnen aus der Vorlesung bekannten Pyrolyseverfahren zur Herstellung von Biomassekarbonisaten.
- Reichert-Retorte
- Pyreg-Verfahren
- Bioliq- Verfahren KIT
Nennen Sie die Ihnen aus der Vorlesung bekannten Vergasungsverfahren zur Veredlung von Biomasse.
- Vergasung nach Güssing
- Vergasung mittels Heatpipe-Reformer
- CHOREN
- IGCC-Verfahren
- Bioliq-Verfahren KIT
Welche Abbrandprinzipien für handbeschickte Feuerungen sind Ihnen aus der Vorlesung bekannt?
- Durchbrand + Abb.
- Oberer Abbrand + Abb.
- Vertikaler unterer Abbrand (Sturzbrand) + Abb.
- Seitlicher Unterbrand + Abb.
Vergleichen Sie die automatischen Verbrennungsmöglichkeiten für Biomasse hinsichtlich Leitungsbereich, Brennstoffart und Wassergehalt.
Vgl. Tabelle
Weshalb muss darauf geachtet werden, dass der Ascheschmelzpunkt über der Betriebstemperatur liegt?
Wenn der Ascheschmelzpunkt niedriger als die Betriebstemperatur ist kann es zur Agglomeratbildung kommen.
Nennen Sie die Edukte der Methangärung.
- Biomasse
- Wasser
- Bakterien
- Wärme
Welche Prozessparameter müssen unbedingt beachtet werden, damit die Methangärung mit Bakterien funktioniert?
- Lichtabschluss, da sonst der Prozess gehemmt wird
- Wassergehalt von mindestens 50 %
- Anaerobes Milieu
Klassifizieren Sie die Verfahrensarten der Methangärung.
• Nassfermentation (ca. 10 % Trockensubstanz)
o Hohe spezifische Biogasausbeute
o Automatisierte Störstoffabtrennung
o Gute Pump- und Mischbarkeit
o CO-Vergärung möglich
• Trockenfermentation (» 10 % Trockensubstanz)
o geringes spezifisches Faulvolumen
o geringer spezifischer Wärmebedarf
Definieren Sie die Biozönosen der Methangärung.
• Psychrophil (kaum angewendet)
o < 20 °C
• Mesophil
o 30-48 °C (optimal 35 °C)
o geringe Abwasserbelastung
o Hoher Umsatz komplexer Substrate
o Gute Entwässerbarkeit
• Thermophil
o 48-65 °C (optimal: 50-55 °C)
o Gute Hydrolyseeigenschaften
o Hygienisierung
Vergleichen Sie stehende und liegende Fermenter.
Stehender Rundfermenter (Rührkesselprinzip)
• Vorteil: hohes Reaktorvolumen möglich (6000 m³)
• Nachteil: Kurzschlusströmung und Totzonen
Liegender Fermenter (Pfropfenstrom)
• Vorteil: optimale Durchmischung
• geringes Reaktorvolumen realisierbar (800 m³)
Wie wird bei der Bioethanolproduktion mit Hefen eine kontinuierliche Fermentation erreicht?
• Hefen können nur 4-5 Generationen vollständig anaerob wachsen
• Kontinuität erfolgt durch:
o absatzweise durchgeführter Fermentation
o gezielte O2-Zufuhr
Nennen Sie fünf wichtige Veredlungsverfahren für Biomasse.
- Pyrolyse
- HTC
- Vergasung
- Verbrennung
- Methangärung
- Bioethanol
- Rapsöl
Nennen Sie Edukte biogener Herkunft für die Pyrolyse.
- Stroh
- Nussschalen
- Maiskolben/Maisstroh
- Rinden
- Baumwollkerne
- Bagasse
Nennen Sie mögliche Einsatzgebiete für Biomassekarbonisate.
- Verbrennung
- Einsatz in Metallurgie
- Landwirtschaft (Bodenhilfsstoff, Futterzusatz)
- Absorptionsmittel (Wasserreinigung, Abgasreinigung, Bodenbehandlung)
- Baustoffzuschlag
Welche Stoffe können während der Methangärung nur schwer bzw. nicht abgebaut werden?
- Schwer: Teile der Cellulose
* Nicht abbaubar: Mineralstoffe und Lignin
Nennen Sie die vier Schritte der Methangärung und entsprechende Edukte und Produkte
1) Hydrolyse
• Edukte: Kohlenhydrate, Proteine, Fette
• Produkte: H2 & CO2, Essigsäure
2) Acidogenese
• Edukte: Kohlenhydrate, Proteine, Fette
• Produkte: Zucker, kurzkettige organische Säuren, Alkohole
3) Acetogenese
• Edukte: Zucker, kurzkettige organische Säuren, Alkohole
• Produkte: H2 & CO2, Essigsäure
4) Methanogenese
• Edukte: H2 & CO2, Essigsäure
• Produkte: CH4 & CO2
Ordnen Sie die Substanzklassen Kohlenhydrate, Fette und Proteine bezüglich Ihres maximalen Gasertrags.
Proteine < Kohlenhydrate < Fette
Nennen Sie zucker- und stärkehaltige Rohstoffe für die Bioethanolproduktion.
- Zucker: Zuckerrübe, Zuckerrohr, Zuckerhirse
* Stärke: Getreide, Mais, Reis, Kartoffeln
Nach welcher Reaktion läuft die Photosynthese ab?
6 CO2 + 6 H2O + hv -> C6H12O6 + 6 O2
Weshalb muss die Bioethanolproduktion mit Hefen in anaerobem Milieu stattfinden?
- Anaerob: C6H12O6 -> 2 C2H5OH + CO2
* Aerob: C6H12O6 + 6 O2 -> 6 H2O + 6 CO2 + Biomasse
