Katalytische drucklose Verölung
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Die katalytische drucklose Verölung (KDV) ist ein technisches Depolymerisationsverfahren. Künstliche oder natürliche Polymere und langkettige Kohlenwasserstoffe werden unter Zusatz eines zeolithischen Katalysators bei Temperaturen von weniger als 400 °C ohne Überdruck in kurzkettigere aliphatische Kohlenwasserstoffe, vergleichbar mit synthetischem Leichtöl (Dieselöl), umgewandelt. Der Wirkungsgrad ist sehr stark abhängig vom Ausgangsmaterial und liegt zwischen 30 % (bei Biomasse) und bis zu 90 % (bei hochkalorischen Kunststoffen und Ölen).
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Das KDV-Verfahren im Überblick
[Bearbeiten] Ursprung
Der Ursprung des KDV-Verfahrens liegt in der verfahrenstechnischen Nachahmung der natürlichen Entstehung von Rohöl in der Natur.
Erdöl ist ein in der Natur vorkommendes Gemisch aus vielen verschiedenen Kohlenwasserstoffen.
Man nimmt heute allgemein an, dass es letztlich aus tierischen und pflanzlichen Sedimenten vor Millionen von Jahren in abgeschlossenen Meeren entstanden ist. Die abgestorbenen Teile dieser Lebewesen sanken zu Boden und bildeten einen Faulschlamm, der unter Sauerstoffabschluss allmählich zersetzt und von weiteren Meeresablagerungen überdeckt wurde. Unter Druck und Wärme erfolgte so eine allmähliche Umwandlung der organischen Kohlenwasserstoffe in Erdgas und in die zahlreichen Bestandteile des Erdöls. Die im sogen. Muttergestein enthaltene Tonerden sollen bei der Entstehung katalytisch gewirkt haben. Bis heute sind noch nicht alle Vorgänge der Erdölentstehung geklärt.
[Bearbeiten] 1. Ausgangsmaterial (Input)
Als Ausgangsmaterial dienen alle hochkalorischen Stoffe, die Kohlenwasserstoffe enthalten.
- Industrielle Wert- und Reststoffe: beispielsweise Altöle und Fettrückstände(Gäbelein), Gummireifen, Plastikmaterial (auch PVC), sortierter Müll (auch Krankenhausmüll), Klärschlämme
- Biogene Reststoffe und nachwachsende biologische Rohstoffe: Pflanzenrückstände wie Mandelschalen, Raps (die gesamte Pflanze), Holz, Stroh, Tierabfälle
Vor der Reaktion muss das Ausgangsmaterial geshreddert werden und in kleiner Korngröße vorliegen.
Metalle, Steine und sonstige Verunreinigungen müssen entfernt werden.
Darüberhinaus muss das Ausgangsmaterial trocken sein oder getrocknet werden, da es ansonsten bei der Einleitung in das heiße Öl zu spontaner Wasserdampfentwicklung kommt. (Die für die Trocknung und Zerkleinerung erforderliche Energie verringert die Energiebilanz des Verfahrens.)
[Bearbeiten] 2. Zusatzstoffe
- Katalysator: (kristallisiertes Natrium-Aluminuim-Silikat, im Oberbegriff Zeolith )
- Katalysatorverbrauch: ca. 1–6 % des Inputs, abhängig vom jeweiligen Eingangsmaterial
- Neutralisator: Kalkhydrat (nur bei chlor- und fluorhaltigem Ausgangsmaterial, zur Regeneration des Katalysators)
- hochsiedendes Thermo-Öl zur Reaktionsvermittlung
Katalysator und Neutralisator sind gängige, handelsübliche Produkte und chemisch unproblematisch zu handhaben.
[Bearbeiten] 3. Reaktionsprinzip
Hochkonzentrierter mineralischer Katalysator bewirkt bei hoher Temperatur und Luftabschluss in heißem Öl eine Umwandlung der Eingangsstoffe unter technisch kontrollierbaren Bedingungen.
Im Reaktionsbehälter (Separator) werden das trockene, stark zerkleinerte, Ausgangsmaterial (Input) und der Katalysator in heißem Thermo-Öl vermischt und auf bis zu 400 °C erhitzt.
Das Ausgangsmaterial verliert bei diesen Temperaturen die feste Konsistenz und verflüssigt sich. Die meisten Kunststoffe schmelzen und emulgieren im Thermoöl.
Der zugemischte Katalysator (Molekularsieb) dockt mit seinen Y-Valenzen an die Kohlenwasserstoffketten an und verändert so die mechanische Stabilität der Kohlenwasserstoffketten. Aufgrund der Wärmebewegung zerbrechen die instabilen Ketten (cracken) zu kürzeren. Die chemische Reaktion ist sehr gut im u. a. Link „Wirkungswiese von acidischen Zeolithe“ erklärt.
Aus dem heißen Ölgemenge verdampfen die entstandenen kurzkettigeren Kohlenwasserstoffe bei Siedetemperaturen von < 340 °C.
Durch eine nachfolgende [Destillationskolonne] werden sie aus dem Dampf als Gemisch von aliphatischen Kohlenwasserstoffen (vom Typ C10-C22) gewonnen. Dieses Gemisch weist die Eigenschaften von herkömmlichem [Dieselkraftstoff] auf.
Sofern in der Eingangsmasse Schwefelverbindungen enthalten sind, müssen diese noch weiter entfernt werden.
Halogene, die z. B. in PVC oder anderen Kunststoffen enthalten sind, werden durch den Neutralisator zu Salzen gebunden.
Die bei der Reaktion nicht gecrackten Kohlenwasserstoffe sowie die übrigen, im Eingangsmaterial vorhandenen Stoffe, wie z. B. Metalle, Salze, Kohlenstoff, Lignine (bei Holz), aber auch verbrauchter und zersetzter Katalysator verbleiben im Reaktionsbehälter und werden mittels einer Schnecke ausgetragen.
Das Gemisch aus verbrauchtem Katalysator und den sonstigen Reststoffen und Ölen muss weiter verarbeitet und entsorgt werden.
Durch die Temperaturen von weniger als 400 °C werden (im Gegensatz zur Pyrolyse) keine hochtoxischen Dioxine oder Furane gebildet, da diese erst bei höheren Temperaturen entstehen.
Es sollen durch den Katalysator und die Temperaturen von mehr als 250 °C alle Bakterien, Viren und Prionen zerstört werden.
Kontrovers: Zur nachweislichen Zerstörung von Prionen in tierischen Abfallprodukten, so wie es die EU 1774/2002 Vorschrift (Richtlinie zur Verarbeitung von tierischen Abfallstoffen der Klassen K1-K3) erfordert liegen bis dato keine wissenschaftlich untermauerten Nachweise vor. Neuere Forschungen auf dem Sektor der Prionen gehen von deren Beständigkeit auch bei Temperaturen über 400 °C aus.
[Bearbeiten] 4. Endprodukte (Output)
[Bearbeiten] Aus der Destillation:
- leichtflüchtige brennbare Kohlenwasserstoffe, (Aromaten) und Gase
- Dieselöl, als Gemisch kurzkettiger aliphatischer Kohlenwasserstoffe
- Wasser, als Prozesswasser (bedingt durch überschüssigen Sauerstoff, der Wasserstoff bindet)
- geringe Mengen CO2 und CO durch die Reaktion des enthaltenen Kohlenstoffes mit organisch gebundenem Sauerstoff
- Stickstoff und Ammoniak bei der Verarbeitung von tierischen, eiweißhaltigen Produkten
Die katalytische drucklose Verölung KDV arbeitet mit Turbinen und selektivem Kristallkatalysator bei ca. 300°C. Da gibt es keine niedermolekularen Kohlenwasserstoffe, wenn die Anlage (Originalanlage) eine entsprechend vollständige Abtrennung der Produkte (Diesel) ermöglicht. Nur bei Nachbauten, die das Produkt wieder in die Reaktion verschleppen, können Gase, wie niedermolekulare Kohlenwasserstoffe, entstehen.
Bei den organischen Stoffen wir in der KDV-Anlage CO2 abgespalten. Es entsteht auch N2. CO und Ammoniak werden bei dem Niedertemperaturbetrieb mit Turbinen nicht erzeugt (entsprechend hohe Selektivität der Kristallkatalysatoren)
Kontrovers: Die beschriebene Form der Katalysatorkristalle würde ja eine gewisse 'Intelligenz' der Kristalle bedeuten, nämlich die genaue Depolymerisation von Kohlenwasserstoffmolekülen mit der genauen Kettenlänge von 'Dieselöl'. Selbst im unterlegten Patent ist von Mittelfestilaten und kurzketten Kohlenwasserstoffen die Rede. Der geneigte Leser sollte sich doch über die Funktionsweise der zeolithischen Reaktion informieren.
[Bearbeiten] Aus dem Reaktionsbehälter:
- Verbrauchter Katalysator
- Salze aus der Reaktion des Neutralisators mit Halogenen
- Mineralische Bestandteile des Eingangsmaterials
- Metalle und Metallsalze, sofern im Eingangsmaterial vorhanden u. a. Schwermetallsalze aus Farbstoffen und Kunststoffen
- Kohlenstoff
Die Rückstände der Reaktion, wie die gebildeten Salze, die einkristallisierten Schwermetalle und die anorganischen Aschebestandteile (Glas, Metall, Keramik) werden durch eine spezielle Wärmekammer abgetrennt. Aus der Wärmekammer kommen die Kohlenwasserstoffe als Dampf zurück in die Anlage und die anorganischen Stoffe werden aus der Wärmekammer über ein Austragsystem separiert. Mit dem in der Anlage gewonnen Wasser kann bei größeren Anlagen der Katalysator in der Suspension zurückgewonnen werden.
Kontrovers: Es ist wissenschaftlich nicht dokumentiert, dass Schwermetalle 'einkristallisiert# werden können. Eine Abtrennung nur in einer Wärmekammer und die gleichzeitige Abtrennung von 'Kohlenwasserstoffen'. die im Endprodukt sowieso nicht mehr enthalten sein dürften ist sehr suspekt.
Kontrovers: Zeolithe sind wasserunlöslich und suspendieren nicht.
[Bearbeiten] Abgrenzung des Verfahrens, Wissenschaftliche Bezeichnung
Die katalytische drucklose Verölung ist von der Pyrolyse abzugrenzen:
Im pyrolytischen Prozess kommt es bei Temperaturen von 450 bis 1200 °C zu weitgehender Crackung der C-C Bindungen und durch Cyclisierungen zu Aromaten unter anteiliger Bildung von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) mit toxischen Eigenschaften.
Bei der thermokatalytischen Umsetzung von z. B. organischer Masse destillieren aliphatische Kohlenwasserstoffe (Rohöle)bei Siedetemperatur aus dem Katalysereaktor. Zurück bleibt Aktivkohle und mineralische Salze.
Nach dem ursprünglichen Erfinder des Verfahrens, Herrn Prof. Dr. E Bayer wird das Verfahren in der Wissenschaft als NTK – Niederdruck-Thermo-Konvertierung – bezeichnet.
Die nach dem NTK Verfahren produzierten Leichtöle sind, sofern Biomasse als Ausgangsstoff verarbeitet wird, als alternative Brennstoffe der zweiten Generation einzustufen.
[Bearbeiten] Größe der KDV-Anlagen
Das KDV-Verfahren ist ein technisches Verfahren mittlerer Größe. Es ist derzeit nicht als private Kleinanlage im häuslichen Bereich geplant. Zur Zeit sind eine Anlage KDV500 mit einem Output von 500 l/h und eine Anlage KDV5000 mit 5000 l/h konzipiert. Die Basistechnik (Separator, Destillation, Steueranlage) einer KDV500 benötigt eine Fläche von 12 m x 6 m bei einer Höhe von 9,5 m (durch die Destillationsanlage).
Industielle Anlagen mit einer Leistung von rund 300.000 Tonnen pro Jahr sind erhältlich über die DAV Gmbh: Weblink: www.davgmbh.de
[Bearbeiten] Entwicklungsstand
Patente für die KDV-Verfahrenstechnik wurden an Dr. Christian Koch bzw. der von ihm vertretenen Firma Alphakat GmbH, Buttenheim. (Deutsche Pat. Nr. DE 10049377 C2 v. 31. Oktober 2002 siehe www.dpma.de) erteilt. Er hat die Verfahrenstechnik entwickelt, bei der das Thermoöl durch einen hydraulischen Energieeintrag auf die Reaktionstemperatur erhitzt wird, um die Eingangsmasse anschließend im Reaktor katalytisch zu depolymerisieren.
Patente zur Niederdruckthermokonvertierung (NTK) wurden bereits vorher erteilt an:
Prof. Dr. Stadlbauer (Deutsche Pat. Nr. DE 10307438 A1 am 20. März 2002)
Prof. Dr. Bayer (Deutsche Pat. Nr. DE 304 2964 vom 14. September 1982, EU Pat. Nr. 0052334 vom 10. November 1981 und US Pat. 5,114,541 vom 19. Mai 1992)
Sehr interessante Patentanmeldungen gibt es unter DE 10316969 A1 (14. April 2004) und unter WO 2004/092305 A1 (28. Oktober 2004) dort meldet ein Erfinder quasi die gleiche Maschine wie unter DE10049377C2 an und behauptet, dass im katalytischen Prozess der vorgenannten Entwicklung erhebliche Nachteile vorhanden sind, die diese unwirtschaftlich erscheinen lassen. Kurios ist, dass es sich bei dem Erfinder um einen Mitgesellschafter der Alphakat GmbH handelt.
Ein weiteres Patent wurde am 10. August 2006 unter der Nummer 10 2005 056 735 vom 10. August 2006 auf den Namen von Dr. Koch erteilt. Inhaltlich wird ein Hochleistungsthermomischer beschrieben.
In Monterey, Mexiko wurde am 4. Dezember 2004 die weltweit erste KDV-Anlage mit einer Leistung von 650–700 l/h in Betrieb genommen. Eine Anlage zur industriellen Anwendung mit gleicher Kapazität soll im November 2006 an ein kanadisches Entsorgungsunternehmen ausgeliefert werden. Die Entstehung der Anlage kann unter www.alphakat-engineering.de verfolgt werden (siehe Weblink).
In Deutschland stehen zwei Forschungs- und Versuchsanlagen.
Kontrovers: Außer diversen Presseveröffentlichungen liegen keinerlei aussagefähigen wissenschaftlichen Publikationen zum KDV Verfahren vor. Analysen, Wirtschaftlichkeitsberechnungen und Studien sind nicht öffentlich verfügbar und untermauert. Anwenderberichte der Anlage in Monterey sind im Internet nicht zu finden.
Kontrovers: Bei der Recherche in den DPMA Patent Datenbanken findet man eine Vielzahl von ähnlichen Entwicklungen und Patenten. Es bleibt zu prüfen was wirklich von Dr. Koch entwickelt wurde und durch ein Patent geschützt ist.
[Bearbeiten] Frühere und parallele Entwicklungen
Grundlegende Forschungen zur chemischen Reaktion des Verfahrens wurden in den 1980er Jahren von Prof. Bayer an der Universität Tübingen geleistet und erstmals 1981 weltweit patentiert. Mittlerweile gehört das von Prof. Bayer († 31. Januar 2001) als NTK (Niederdruck-Thermo-Konvertierung) bezeichnete Verfahren und die eingesetzten Katalysatoren zum Stand der Technik.
An der Fachhochschule Gießen wird u.a. von Herrn Prof. Dr. Stadlbauer, in Fortsetzung der Entwicklungen von Prof. Dr. E. Bayer, ein Reaktor präsentiert, der Klärschlämme und tierische Abfallprodukte verarbeitet. Dieser Reaktor wurde mit finanzieller Unterstützung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU), Osnabrück konzipiert und entwickelt und ist an verschiedenen Standorten im Bundesgebiet zur Erprobung im Einsatz. Zum Einsatz kommen Klärschlamm sowie tierische Abfallprodukte.
Weltweit wird an der Nutzung von hochkalorischen biogenen Stoffen und Kunststöffabfällen und deren Umwandlung zu Kraftstoffen nach dem NTK-Verfahren geforscht.
[Bearbeiten] Medien und Politik
Seit ca. 2003 wurde über die katalytische drucklose Verölung in Zeitungen und Fernsehen berichtet. Einen kritischen Bericht druckte die Bild-Zeitung (Autoren: J. Helfricht und S. Günther) unmittelbar vor den Bundestagswahlen 2005.
Eine Kommentierung des Artikels erfolgte durch den unabhängigen, kritischen Internet-Informationsdienst BILDblog.
In den Vereinigten Staaten von Amerika findet dieser Tage eine Roadshow lebhaftes Interesse in der Presse. (siehe Link)
In verschiedenen Internetforen wird über die Technologie kontrovers diskutiert.
[Bearbeiten] Weblinks
www.davgmbh.de - Bietet KDV Anlagen im Industriestandart an, mit rund 300.000 to. Jahresleistung. Wirkungsweise von acidische Zeolithen
- Kurzdarstellung der Forschungen von Prof. Dr. E. Bayer und Prof. Dr. Stadlbauer
- Forschungsprojekt der Fachhochschule Gießen
- Dreidimensionales Modell eines zeolithischen Katalysators
- Bericht der Seattle Times über eine Präsentation in den USA
- Bildergalerie zur Entstehung des Industriepiloten für Kanada
- Die Welt (8. Januar 2005): „Müll wird Diesel“
- 3sat-Fernsehen (Sendung „Nano“)
- rbb-Fernsehen (7. September 2005): „Billig-Diesel aus Hausmüll“
- Bericht des NDR zum Thema der Bild-Zeitung (21. September 2005)
- BILDblog (14. September 2005): „Von Katzen und dummen Menschen“
- Entstehung von Erdöl
