thermische apparate und anlagen aus freiberg

TAF Thermische Apparate Freiberg GmbH (TAF), ein Unternehmen der Pörner Gruppe, erhielt im August 2021 vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS den Auftrag für eine Versuchsanlage zur Pyrolyse von Kunststoffen. Der Spezialist für thermochemische Konversionstechnologien leistet damit seinen Beitrag zum Thema Kunststoff-Recycling. Im Juli 2023 wurde die Pyrolyseanlage am Forschungsinstitut erfolgreich in Betrieb genommen.

Mit ihrem über jahrzehntelang erworbenen Verfahrens-Know-how in der Vergasungstechnologie übernahm TAF Planung, Konstruktion, Bau, Lieferung und Inbetriebnahme sowie Dokumentation der Pyrolyseanlage. Die Anlage befindet sich auf dem Institutsgelände des Fraunhofer IKTS in Freiberg, das nur 100 Meter von der TAF-Fertigungshalle entfernt ist, wodurch das Team den gesamten Arbeitsablauf stets im Blick hatte.

Das Fraunhofer IKTS hat mit der Anlage nun die Möglichkeit, mit dem Niedertemperaturvergaser, auch Pyrolysereaktor genannt, unterschiedlichste organische Stoffe thermisch zu verarbeiten –  beispielsweise Kunststoffe zu Synthesegas. Für die Beschaffung erhielt das Fraunhofer IKTS eine Förderung durch den Freistaat Sachsen.

Der Pyrolyse-Prozess: vom Müll zum Wertstoff

Die Pyrolysen von verschiedensten Einsatzstoffen und Gemischen aus Kunststoffen und Reststoffen mit einem Durchsatz von bis zu 100 kg/h und max. 2,0 t/d werden im Pyrolysereaktor bei Temperaturen um die 500 Grad durchgeführt. Der Reaktor wird dabei von außen elektrisch beheizt. Die dabei entstehenden Produkte wie Pyrolysekoks, Pyrolysegas und Kondensate sind zu beproben und genehmigungsrechtlich sowie technisch sicher abzuführen. Etwa 25 bis 30 Prozent des Einsatzstoffes gehen bei der thermischen Behandlung, der Pyrolyse, in den gasförmigen Zustand über, der Rest fällt als Feststoff an.

Neben Reststoffen können auch Kunststoffabfälle aus dem Haushalt (z.B. „gelben Sack“), Schredderleichtfraktion aus der Automobilentsorgung, Verbundmaterialien oder sogar torrefizierte Biomasse thermisch aufbereitet werden. Das Fraunhofer IKTS gewinnt mit der Pilotanlage entscheidende Erkenntnisse für die Forschung und für das Up-Scaling auf den großtechnischen Maßstab.

TAF-Geschäftsführer Daniel Ullmann ist erfreut damit einen Beitrag zu nachhaltigerem Umgang mit Kunststoffen leisten zu können: „Unsere jahrzehntelange Erfahrung in der Pyrolyse verschiedenster Rohstoffe kam hier voll zum Einsatz. Die Forschungsergebnisse werden sicher dazu beitragen, vermehrt Reststoffe in Wertstoffe umzuwandeln. Zum Beispiel wird die Aufbereitung von Kunststoffmüll aus den Ozeanen ermöglicht. Schön, dass wir gemeinsam mit dem Fraunhofer IKTS einen Beitrag für mehr Nachhaltigkeit in der Verwendung von Kunststoffen leisten konnten.“

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Die Nutzung nachwachsender Rohstoffe ist dringender denn je. Wie innovative Wertstoffe aus Restprodukten der Land- und Forstwirtschaft oder auch aus Gräsern nachhaltig hergestellt werden kann, erforscht die Technische Universität Dresden mit ihrer neuen Pilotanlage. Mit Planung und Bau der Pilotanlage zur thermischen Aufbereitung von Biomassen beauftragte die TU Dresden die Thermische Apparate Freiberg GmbH (TAF) – ein Unternehmen der Pörner Gruppe.

Um der Abhängigkeit von Erdöl, Gas und Kohle entgegenzuwirken, sucht die Wirtschaft nach umweltfreundlichen Lösungen. Für die Entwicklung alternativer Verfahren und neuer Produkte mit geringstmöglichem CO₂-Fußabdruck, braucht es modernste Forschungsanlagen mit höchster Präzision aber auch großer Flexibilität.

Aus diesem Grund förderte der Europäische Fond für Regionale Entwicklung (EFRE) sowie das Bundesland Sachsen eine neue Pilotanlage zum Aufschluss verschiedener Biomassen am Institut für Pflanzen- und Holzchemie der TU Dresden. Für die Forschung steht die Herstellung von Zellstoffen für Papier-, Textil- und Chemieindustrie, delignifizierte Hölzer und Furniere für Funktionswerkstoffe und anderer innovativer Produkte aus Reststoffen der Landwirtschaft (z. B. Stroh, Hanf und Lein), der Holz- und Forstindustrie (z. B. Schadholz, Sägereste und Rinde) sowie schnell wachsenden Pflanzen (z.B. Miscanthus / Chinaschilf) im Fokus.

Neben der klassischen Nutzung von Zellstoff für die Herstellung von Papier und Verpackungsmaterial sind die vielfältigen Anwendungspotentiale von Zellstoff, Hemicellulosen und Lignin zur Ablösung fossiler Rohstoffe in verschiedenen Industriezweigen von wachsendem Interesse. 

Verwertung von Stroh und Co.

Die Thermische Apparate Freiberg (TAF), ein Unternehmen des Anlagenbauunternehmens Pörner Ingenieurgesellschaft mbH in Wien / Österreich, erhielt von der TU Dresden den Auftrag über die Gesamtumsetzung der Pilotanlage. Der Auftrag umfasst Neukonzipierung, Auslegung, Engineering, Bau, Montage und Inbetriebnahme der Anlage. Die Zuwendung in Höhe von 1,115 Millionen Euro stammt aus den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) sowie aus Steuermitteln und trägt zur Verbesserung der Infrastruktur im Bereich anwendungsnaher Forschung bei.

Nach erfolgreichem Testbetrieb und Schulungsmaßnahmen übergab TAF die Anlage, auch „Zellstoffkochersystem“ genannt, Ende Februar an das Institut. Am 9. März 2022 fand die Einweihung im Beisein des Sächsischen Staatsministers für Regionalentwicklung, Thomas Schmidt, statt.

Die Anlage im forschungsrelevanten Maßstab ist zum aktuellen Zeitpunkt in Mitteleuropa nahezu einzigartig. Das Institut sieht demnach hohe Chancen für intensive Kooperationen mit anderen Forschungseinrichtungen sowie verschiedenen Industriebranchen im Rahmen von Förderprojekten. Die hochmoderne und voll ausgestattete Pilotanlage ermöglicht die Erforschung und Verifizierung alternativer Verfahren, die Anpassung wichtiger Parameter wie Zeit, Temperatur oder pH-Wert sowie die Minimierung von Energie- und Chemikalieneinsatz.

Thermische Lösung aus Freiberg, Sachsen

Die Anlage besteht aus zwei elektrisch beheizten Reaktoren mit einem Reaktorvolumen von 30 bzw. acht Litern und kann bei Parametern bis 200 °C sowohl atmosphärisch als auch bis zu 20 bar betrieben werden. Im 20- bis 25-Liter-Maßstab können somit pflanzliche Roh- und Reststoffe mit verschiedensten Verfahren aufgeschlossen werden. Diese löst die Altanlage im Technikum des Instituts in Tharandt ab.

TAF hat sich im letzten Jahrzehnt zum Spezialisten für den Bau von Versuchsanlagen entwickelt und ist in der Lage, kompakte, voll instrumentierte und automatisierte Versuchs- und Pilotanlagen im eigenen Hause punktgenau nach den Anforderungen der Forscher zu konzeptionieren und komplett auszustatten, um sie dann vor Ort gemeinsam mit dem Kunden in Betrieb zu nehmen. So hatte TAF erst 2021 an RWE eine Forschungsanlage für das Recycling von Phosphor aus Klärschlamm geliefert.

Jonas Kappeller, Geschäftsführer der TAF: „Wir sind stolz, hier ein wichtiges Zeichen zu setzen. Die neue Pilotanlage wird Unternehmen zu großen Forschungsfortschritten bei der Verwertung nachwachsender Rohstoffe führen. Trotz einer widrigen Beschaffungssituation konnten wir das Projekt im Zeitrahmen abschließen und freuen uns, für jeden Wunsch des TU-Forschungsteams eine praxisnahe Lösung gefunden zu haben.“

Alternative Aufschlussverfahren stehen in den Startlöchern

Die Pilotanlage wurde ihrer Bestimmung übergeben, in Zukunft viele wertvolle Beiträge für praktische und nachhaltige Produkte zu liefern. Sie ermöglicht Forschungen auf einer völlig neuen Stufe. Der Weg von der Forschung bis zur Umsetzung der Technologie hin zu biobasierten Wertschöpfungsketten ist bereit beschritten zu werden. Die Nachfrage nach Biokraftstoffen und grünen Wertstoffen ist hoch. Um nachhaltige Produktionsstätten großflächig umsetzen zu können, muss die Bundesregierung allerdings noch die notwendigen Rahmenbedingungen schaffen.

TAF

Thermische Apparate Freiberg (TAF) ist Spezialist für Konstruktion und Bau von Prozess-Equipment für Vergasungstechnologien und ist Entwickler und Anbieter von Sonderlösungen im Maschinen- und Anlagenbau. Kompakte, voll instrumentierte und automatisierte Versuchs- und Pilotanlagen werden im eigenen Haus nach den Anforderungen der Forscher konzeptioniert, komplett ausgestattet und gefertigt. TAF wurde 1997 gegründet und ist seit 2014 Mitglied der Pörner Gruppe.

More information here: https://www.taf-freiberg.com/

Medien (Auszug)

• Process: Wie aus Abfall Erdölersatz ensteht
• Chemie.de: Aus Abfallprodukten Erdöl-Ersatz herstellen
• konstruktionspraxis: Zellstoffkocher verwandelt Biomasse in Wertstoffe
• industr.com: Wie aus Abfall Erdölersatz entsteht
• Technische Universität Dresden: Bioökonomie zum Anfassen
• Oigner: Klamotten aus Elefantengras
• Solarify: Aus Abfall Erdöl-Ersatz herstellen

Freiberg / Leipzig. Die steigende Nachfrage nach hochwertigen Schmierstoffen, stetig knapper werdende Energieressourcen und sich ändernde Marktbedingungen zwingen Schmierstoff-Hersteller zur Suche nach neuen Wegen und Verfahren, um mit ihren Produkten wettbewerbsfähig zu bleiben bzw. neue hochwertige Produkte herzustellen. Diesen Herausforderungen hat sich auch EDL gestellt und bietet ihren Kunden aus dem Bereich Schmierstoffherstellung seit mehreren Jahren ein neuartiges Verfahren: die LEPD-Technologie (LEPD = Low Energy Polymer Dissolving). Dieses dient zum direkten schonenden Aufschmelzen von Viskositätsverbesserern (VI-Verbesserer) im Basisöl. Die Vorteile, die gegenüber dem Stand der Technik erzielt werden, sind sowohl im Anlagenbetrieb als auch in Bezug auf resultierende Produkteigenschaften beeindruckend.

Pilotanlage für Tests vor Ort

Das Leistungsangebot zur LEPD-Technologie wurde im letzten Jahr um eine Pilotanlage erweitert, um Kunden Sicherheit sowohl für die Auslegung und Planung von Blendinganlagen als auch für die angestrebte Produktqualität zu geben. Die Thermische Apparate Freiberg GmbH (TAF), ein Unternehmen der Pörner Gruppe und Spezialist im Entwickeln von Sonderlösungen im Anlagenbau hat sich diesem Projekt angenommen. Die Planung, Auslegung, Konstruktion und Fertigung von Versuchs- und Pilotanlagen ist ihre Domäne. Die Facharbeiter aus Freiberg haben die Versuchsanlage nicht nur gefertigt, sondern auch auf einem Skid montiert, damit ist sie transportabel und somit direkt beim Kunden einsetzbar. Mit der Anlage kann der Kunde vor Ort eigene Schmierölrezepturen testen. Die erzielten Testergebnisse lassen sich problemlos auf einen industriellen Anlagenmaßstab übertragen.

Hintergrund

Leichte und schwere Schmieröle besitzen in Abhängigkeit von der Temperatur unterschiedliche Viskositäten. Um eine optimale Viskosität über eine große Bandbreite an Betriebstemperaturen sicherzustellen, wurden sogenannte Mehrbereichsöle entwickelt. Diese Mehrbereichsöle vereinigen gute Kaltstarteigenschaften mit einer guten Viskosität bei höheren Temperaturen. Dies wird durch die Zugabe von Viskositätsindex-Verbesserern erreicht. VI-Verbesserer sind Additive, die das Viskositäts-Temperaturverhalten von Ölen verbessern. Als VI-Verbesserer kommen Polymere zum Einsatz, wie Polymethacrylate, Styrol-Butadien-Copolymere u.a., die üblicherweise als feste Polymerballen bereitgestellt werden. Diese festen Polymere werden nach dem Stand der Technik in Mischern mechanisch zerkleinert und anschließend im Schmieröl aufgelöst. Die Polymere werden dabei sehr hohen Scherkräften und Temperaturen von 120 °C ausgesetzt. Zudem ist eine lange Verweilzeit von bis zu sieben Stunden erforderlich, was zu einer Alterung und Trübung des Schmieröls führt und den Einsatz von Antioxidantien notwendig macht.

Patentiertes LEPD-Verfahren

In dem patentierten Verfahren wird das Polymer unter Druck von bis zu 10 bar und Temperaturen unter 100 °C in einer Verflüssigungskammer unter Inertgas schonend im Basisöl geschmolzen. Die Verflüssigungskammer wird mit Schmieröl durchströmt, welches hierbei mit Polymer bis zu einem Anteil von über 50 % angereichert wird. Das angereicherte Schmieröl wird mit weiterem Schmieröl gemischt, so dass ein Polymeranteil von ca. 10 % erzielt wird.

Vorteile und Energieeinsparungen

Der Prozess spart ca. 30 % an Zeit gegenüber dem konventionellen Herstellungsprozess ein. Aufgrund der tieferen Prozesstemperatur ist der Wärmeeintrag geringer. Im Vergleich zu herkömmlichen Anlagensystemen lassen sich so etwa 50 % der für den Prozess benötigen Energie einsparen. Zudem besteht keine Trübungs- und Verkokungsgefahr im Schmelzprozess, so dass die Endqualitäten der fertigen Öle wesentlich höher ausfallen und keine Notwendigkeit des Einsatzes von zusätzlichen Additiven wie z.B. Antioxidantien besteht. Da die Polymerkettenstruktur in dem schonenden Lösungsprozess nicht verändert wird, lassen sich bessere Schmiereigenschaften des Produktes erzielen.

Alle Infos zur LEPD-Technologie der EDL finden Sie auf unserer Technologie-Seite. 

Phosphor-Recycling aus Klärschlamm wird ab 2029 in Deutschland Pflicht. RWE als großer Klärschlammverwerter hat sich daher mit Fraunhofer UMSICHT und der Ruhr-Universität Bochum zusammengeschlossen, um eine Forschungsanlage in Niederaußem / Deutschland zu errichten, in der Phosphor aus Klärschlamm zurückgewonnen werden soll. Aufgrund des großen Potentials, die regionale Kreislaufwirtschaft voranzubringen, wird das 6,7 Millionen Euro teure Projekt vom NRW-Wirtschaftsministerium gefördert und ist Teil des virtuellen „Innovations- und Technologiezentrums Carbon Conversion“ (ITZ-CC).

TAF (Thermische Apparate Freiberg GmbH) wurde mit der Planung und Errichtung dieser MFC-Anlage beauftragt. DBI-Virtuhcon, das Spin-Off-Unternehmen der TU Freiberg unterstützte die TAF insbesondere bei der verfahrenstechnischen Auslegung und der Inbetriebnahme. Start des Projekts war am 11. Juni 2019. Zwei Jahre später, am 6. Juli 2021 wurde die Versuchsanlage feierlich in Betrieb genommen, sodass die ersten Versuche der Phosphorrückgewinnung nun starten.

Der Prozess des Phosphor-Recyclings

Im Konverter werden Gemische von Klärschlamm, Klärschlammasche und Braunkohle hohen Temperaturen um die 1.500 Grad und starkem Sauerstoffmangel ausgesetzt. So soll gasförmiger Phosphor freigesetzt werden, der – möglichst rein abgeschieden – zu Phosphorsäure verarbeitet werden kann.

Tilman Bechthold, Leiter der Forschung und Entwicklung von RWE Power, berichtet: „Die MFC-Technologie ist ein vielversprechender Weg, nicht nur Klärschlamm zu entsorgen, sondern gleichzeitig wertvolle Bestandteile zurückzugewinnen.“ In der MFC-Anlage soll daher nicht nur Phosphor aus Klärschlamm zurückgewonnen werden, sondern es entsteht auch Synthesegas – eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Synthesegas kann als Rohstoff für die Produktion von Methanol, Methan, Kunststoffen, Treibstoffen und weiteren Einsatzstoffen eingesetzt werden.

Phosphor ist und bleibt unersetzlich

Als lebenswichtiger Rohstoff und notwendig für die Herstellung von Kunstdünger ist Phosphor aus der Landwirtschaft und dem Gartenbau nicht wegzudenken. Seine fossilen Vorkommen sind jedoch begrenzt. Die Rückgewinnung aus Klärschlamm kann demnach zu einer nachhaltigen Lösung für diese Problematik beitragen.

Jonas Kappeller, Leiter der TAF, äußert sich optimistisch: „Die Multi-Fuel-Conversion-Anlage konnte planmäßig fertiggestellt werden. Damit steht der neuen Klärschlammverordnung nichts mehr im Weg und wir machen einen entscheidenden Schritt in eine nachhaltige Zukunft!“

Mehr Informationen

Mehr zum Projekt gibt es hier.

Die Anlage hautnah erleben: ein Video ansehen: https://rwe.canto.global/direct/video/u9bbijb3np0lvbc9a324bhiq7g/XxCALQLgr-P_Gm1O5qX69QZDqfQ/play 
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