Analyse und Modellierung der initialen Selbsterwärmung in Biomassehaufwerken aus Holzhackschnitzeln

Projektnummer 406

Bei der Lagerung von Holzhackschnitzeln, die in der Regel in großen Haufwerken erfolgt, kommt es häufig zu Degradationsvorgängen, die durch die Stoffwechselaktivität von Mikroorganismen verursacht werden und zu einer Temperaturerhöhung innerhalb des Haufwerkes führen. Die Selbsterwärmung ist von den Umgebungsbedingungen (Temperatur, Luftfeuchte, etc.) und den Materialeigenschaften (Zusammensetzung, Partikelgröße, Feuchte) abhängig. Die Selbsterwärmung ist bei gemäßigten Temperaturen (T<80°C) im Wesentlichen auf mikrobiologische Vorgänge zurückzuführen. Erst bei höheren Temperaturen (T>80°C) spielen zunehmend exotherme chemische Reaktionen (Autooxidation, langsame Pyrolyse) eine wichtige Rolle. Aufgrund der in verschiedenen Holzarten differierenden Zusammensetzungen (Cellulose, Hemicellulose und Lignin) sowie Unterschiede der Holzinhaltstoffe (Extraktstoffe) ergeben sich in Abhängigkeit von der Holzart unterschiedliche Resistenzen gegenüber Pilzen und Mikroorganismen.

Selbsterwärmungsprozesse bei der Lagerung vermindern signifikant die Qualität der Biomasse, was beträchtliche wirtschaftliche Einbußen verursacht, da sich der Brennwert von Hackschnitzeln während der Lagerung reduziert. Darüber hinaus besteht das Risiko der Selbstentzündung, die zu nicht unerheblichen wirtschaftlichen Schäden führen kann.

Bedingt durch komplexe Zusammenhänge (biologische, chemische und physikalische Wechselwirkungen) und die teilweise sehr unterschiedlichen Lagerungsformen, stellen die bisher bekannten Untersuchungen (Vernachlässigung biologischer und holzchemischer Wechselwirkung) eine nicht vollständige Datengrundlage für sichere Aussagen und zuverlässige Beschreibungen des Selbsterwärmungsprozesses dar.

Das Forschungsprojekt "Analyse und Modellierung der initialen Selbsterwärmung in Biomassehaufwerken aus Holzhackschnitzeln" beschäftigt sich daher mit der Untersuchung der konsistenten, durchgehenden Kette von experimentellen Untersuchungen auf verschiedenen Skalen (Kleinschüttungsreaktor, Selbsterwärmungsbox und Freilanduntersuchungen), die es ermöglicht, Detailvorgänge der Selbsterwärmung zu verstehen. Begleitet werden die Untersuchungen durch ausführliche mikrobiologische und holzchemische Analysen. Die experimentellen Ergebnisse bilden die Grundlage für die Formulierung und Validierung eines numerischen Models. Zum Ende des Projektes soll ein prädiktives numerisches Werkzeug vorliegen, das eine quantitative Vorhersage der Vorgänge in der Schüttung in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen sowie der Holzart zulässt.

Das Forschungsprojekt wird unter der Fördernummer 18972 BG aus Mitteln des deutschen Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie über die AiF gefördert. Es wird von Januar 2017 bis Juni 2019 gemeinsam an folgenden Instituten bearbeitet:

Seitens VGB begleiten die Technical Group Biomass und das Technical Committee Use of Renewables and Distributed Generation die Untersuchungen fachlich.