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Torrefactie

Torrefizierung (ebenfalls: braten) ist ein thermochemisches Verfahren, das unter anderem angewendet wird bei Biomasse, um es für die Verwendung als Kraftstoff besser geeignet zu machen. Der Prozess ist ähnlich wie Pyrolyse, verwendet jedoch eine niedrigere Temperatur (200-400°C).[1] Das Ergebnis ist ein Brennstoff, der in seinen Eigenschaften Kohle sehr ähnlich ist.[2] Das Wort „Torrefaction“ leitet sich vom französischen „Torrefier“ ab, was „rösten“ bedeutet.

Prozess

Die Torrefaction findet in einer Umgebung ohne Sauerstoff (anaerob) mit normalem Luftdruck statt, wobei die Biomasse auf eine Temperatur zwischen 200°C und 400°C erhitzt wird.[1] Bei der Torrefizierung wird die Biomasse entwässert und verliert einen Teil der darin enthaltenen flüchtigen Stoffe. Auch der Lignocellulose teilweise abgebaut und in Gase umgewandelt. Die freigesetzten Gase können sofort zur Aufrechterhaltung der Heizung verwendet werden, was zu einem energieeffizienten Prozess führt.[2]

Es gibt verschiedene Arten von Reaktoren, die zur Torrefizierung verwendet werden:[2]

  • Rotierende Trommel
  • Schneckenreaktor
  • Multipler Herzofen (MHF)
  • Torbed
  • Kompaktbett bewegen
  • Bandtrockner

Produkt

Das Ergebnis der auf Biomasse angewendeten Torrefizierung ist Bio-Kohl erwähnt. Biokohle teilt viele Eigenschaften mit Kohle und lässt sich daher leicht in bestehende Kohleinfrastrukturen integrieren. Es eignet sich auch zum Mischen mit der Kohle in Kohlekraftwerken (Co-Firing). Durch den Einsatz von Torrefizierung wird der Heizwert von Holz erhöht, aber möglichst viele flüchtige Gase und Kohlenstoff bleiben erhalten. Die kontrollierten Bedingungen während der Torrefizierung verhindern eine Verkohlung, so dass Biokohle einen viel höheren energetischen Wert hat als Holzkohle.

HolzHolzpelletsTorrefaction PelletsHolzkohleKohle
Feuchtigkeitsgehalt (% Gew.)30 - 357 - 101 - 51 - 510 - 15
Brennwert (MJ/kg)9 - 1215 - 1620 - 2430 - 3223 - 28
Flüchtige Komponenten (% db)70 - 7570 - 7555 - 6510 -1215 - 30
Fester Kohlenstoff (% db)20 -2520 - 2528 - 3585 - 8750 - 55
Dichte (kg/l)0,2 - 0,250,55 - 0,750,75 - 0,85~0,200,8 - 0,85
Energiedichte (GJ/m3)2,0 - 3,07,5 - 10,415,0 - 18,76 - 6,418,4 - 23,8
Stoffdurchschnittlichbegrenztbegrenzthochbegrenzt
Hydroskopische Eigenschaftenhydrophilhydrophilhydrophobhydrophobhydrophob
Biologischer AbbauJaJaNeinNeinNein
SchleifverhaltenBesondereBesondereklassischklassischklassisch
HandhabungBesondereBesondereeinfacheinfacheinfach
Konstanzbegrenzthochhochhochhoch
Tabelle zum Vergleich von holziger Biomasse als Brennstoff[2]

Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, hat torrefizierte Biomasse einige Vorteile gegenüber nicht torrefiziertem Holz oder holziger Biomasse zur Verwendung als Brennstoff:[2][3]

Press- und Schleifbarkeit
Nach der Torrefizierung ist die Biomasse durch den Abbau von Zellulose, Hemizellulose und Lignin spröde geworden (Lignocellulose), die für die feste, faserige Struktur sorgen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Biomasse nach der Torrefizierung leichter zerkleinert werden kann, was beispielsweise für die Mitverbrennung von Biomasse in Kohlekraftwerken wichtig ist. Die Hammermühlen, die den Brennstoff in Kohlekraftwerken mahlen, müssen deutlich weniger Energie verbrauchen als bei nicht torrefizierter Biomasse. Aus den gleichen Gründen wird auch die Verpressung zu Pellets einfacher, allerdings müssen bei bestimmten Biomassearten zusätzliche Bindemittel hinzugefügt werden, um die Festigkeit zu gewährleisten.
Transport
Da der Biomasse bei der Torrefizierung Feuchtigkeit und flüchtige Bestandteile entzogen werden, nimmt die Masse der Biomasse ab. Die Lautstärke bleibt jedoch nahezu gleich. Durch die anschließende Pelletierung der torrefizierten Biomasse kann die Energiedichte stark erhöht werden (fünf bis sechsmal höher), so dass der Transport wesentlich effizienter wird als bei unbehandelter Biomasse.
Lager
Torrefizierte Biomasse in Pelletform benötigt aufgrund ihrer hohen Energiedichte bei gleicher Energiemenge deutlich weniger Lagerplatz als unbehandelte Biomasse. Zudem verliert die Biomasse während des Torrefizierungsprozesses weitgehend ihre Wasseraufnahmefähigkeit, sodass sie auch ohne Verrottung, Erwärmung oder andere schädliche Reaktionen über längere Zeit im Freien gelagert werden kann.
Flexibilität
Die Torrefaction kann potenziell auf viele verschiedene Arten von Biomasse angewendet werden, so dass auch das Mischen verschiedener Biomassequellen zu einem einheitlichen Brennstoff möglich ist. Damit liegen derzeit noch wenig praktische Erfahrungen vor, so dass die Torrefizierung noch hauptsächlich auf Holz oder holzige Biomasse angewendet wird.