ZERKLEINERUNGSVERHALTEN UND ABBAUBARKEIT BIOGENER STOFFE

Dr.-Ing. L. Palmowski, Dipl.-Ing. A. Baaden, Dr.-Ing. J. Müller, Prof. Dr.-Ing. J. Schwedes

 

Institut für Mechanische Verfahrenstechnik der TU Braunschweig, Volkmaroder Str. 4/5, 38106 Braunschweig, Email: jo.mueller@tu-bs.de

 

 

Im vorgestellten Forschungsprojekt wurden zwei Zielrichtungen verfolgt: Es wurde zum einen das Zerkleinerungsverhalten organischer Materialien biologischen Ursprungs (Äpfel, Reis, Heu u.a.) charakterisiert. Zum anderen wurde der Einfluss der Zerkleinerung auf den biologischen Abbau dieser Materialien untersucht. Im Rahmen der Präsentation soll vor allem der zerkleinerungs­technische Aspekt der Arbeit vorgestellt werden.

Zur Quantifizierung der erreichten Zerkleinerung wurde in erster Linie die Messung der Fest­stoff­oberfläche verwendet. Neben der Ermittlung der äußeren Oberfläche aus der Partikel­größenverteilung wurde das BET-Messverfahren eingesetzt sowie die Freisetzung gelöster, organischer Komponenten bestimmt.

Die Charakterisierung des Zerkleinerungsverhaltens organischer Materialien erfolgte zunächst durch die Beschreibung ihrer mechanischen Eigenschaften unter uniaxialer Druckbelastung sowie unter Scher- und Schneidbelastung. Die Interpretation der dabei ermittelten Kraft-Weg-Diagramme erforderte die Festlegung geeigneter Kenngrößen. Eine besondere Bedeutung wurde den maximalen Festigkeiten sowie den zur Zerteilung der Proben erforderlichen Arbeiten beigemessen, da diese in direktem Zusammenhang mit den Zerkleinerungsversuchen standen.

Unter den drei Belastungen konnte ein starker Einfluss der Materialzusammensetzung auf die mechanischen Eigenschaften gezeigt werden, welcher auch bei den Zerkleinerungsversuchen in der Schneidmühle beobachtet wurde. Materialien mit einem niedrigen Wasser- und Fettgehalt wiesen ein sprödes Verhalten auf: Es entstanden unter Einleitung von äußeren Kräften und Energien neue Oberflächen und Risse, die sich durch die Probe ausbreiteten. Die Materialien besaßen eine hohe Festigkeit, jedoch waren die zur Zerteilung der Probe erforderlichen Arbeiten vergleichsweise niedrig. Die Anwesenheit von Wasser und Fett im Material führte zu einem hohen Verformungsvermögen der Materialien, die vielmehr ein Gleiten als einen Sprödbruch zeigten. Demnach waren diese Materialien durch eine niedrige Festigkeit ausgezeichnet, jedoch erforderte die Zerteilung der Proben teilweise einen hohen Arbeitsaufwand. Ein Vergleich der drei Beanspruchungsarten untereinander zeigte für alle Materialien, dass das Schneiden hinsichtlich der aufzubringenden Kraft und Energie günstiger war als die Druck- und Scherbeanspruchungen.

Weiterhin wurde die Energieausnutzung in der Schneidmühle mit der Energieausnutzung zur Zerteilung eines Einzelpartikels verglichen. Der sich ergebende Zerkleinerungswirkungsgrad war abhängig von dem Material sowie von der Partikelgröße: Mit abnehmender Partikelgröße war eine deutliche Abnahme der Wirksamkeit der Zerkleinerungsmaschine zu verzeichnen.

Bezüglich ihrer Abbaubarkeit zeigten die untersuchten Substrate deutliche Unterschiede, welche in der Zusammensetzung, vor allem in dem Rohfaser- und Ligningehalt, begründet waren. Durch den Einsatz einer Zerkleinerung konnten positive Auswirkungen auf das Abbauverhalten erzielt werden. Bei Substraten mit einer relativ geringen Abbaubarkeit konnte eine deutliche Steigerung der Faulgasproduktion und des damit verbundenen Abbaugrades festgestellt werden. Weiterhin ergab sich nach einer Zerkleinerung, vor allem bei den Substraten mit einer geringeren Abbaubarkeit, eine deutliche Beschleunigung des Abbauvorgangs, welche durch eine Abnahme der technischen Faulzeit aufgezeigt wurde. Unter praktischen Gesichtspunkten folgt daraus eine Harmonisierung der Faulzeiten heterogener Substrate und somit eine mögliche Reduzierung des benötigten Reaktorvolumens.

 

Quelle:

Zerkleinerungsverhalten und Abbaubarkeit biogener Stoffe, GVC - Fachausschuß "Zerkleinern", Freiberg, 23.-24. April 2001