Hydrothermale Verfahren

Ein Prozess in Wasser bei erhöhten Temperaturen und Drücken wird „hydrothermal“ genannt; der Begriff stammt ursprünglich aus der Geologie.In der Abbildung ist ein vereinfachter Überblick über verschiedene hydrothermalen Verfahren zusammen mit der Dampfdruckkurve des Wassers zu sehen. Je höher die Temperatur, die für ein bestimmtes Verfahren benötigt wird, desto höher muss auch der Druck sein, damit das Wasser nicht verdampft. Auch wenn die Biomasse biochemisch umgewandelt werden soll, wird sie oft zunächst hydrothermal aufgeschlossen. Das bekannteste Verfahren dieser Art ist die sogenannte "Dampfexplosion" („Steam Explosion“), bei dem durch schlagartige Reduktion des Druckes eingelagertes Wasser verdampft und die Strukturen der Biomasse regelrecht auseinanderreißt. Im Bereich um die 200°C gelingt die Herstellung kohlenstoffreicher Feststoffe, die hydrothermale Karbonisierung genannt wird. Bei etwas höheren Temperaturen ist eine Methode zur Herstellung von Wasserstoff mithilfe von Edelmetallkatalysatoren bekannt („Aqueous phase reforming“). Bei ca. 300-350°C kann Biomasse zu einem hochviskosen Teer umgewandelt werden, der einen höheren Brennwert und eine höhere Viskosität sowie einen geringeren Wassergehalt hat als Verflüssigungsprodukte aus „trockenen“ Verfahren. In einem weiten Temperaturbereich sind auch Synthesen von Einzelsubstanzen, z. B. Furfurale Erythrose , Glycolaldehyd und Milchsäure aus Kohlehydraten bekannt. Aus diesen Substanzen sind wiederum weitere Basischemikalien und schließlich z. B. Kunststoffe herstellbar. In der Nähe des kritischen Punktes (371°C, 221 bar) kann Biomasse in Gegenwart eines Edelmetall-Katalysators zu Methan und Kohlendioxid (katalysierte nahkritische Biomasse-Vergasung) umgewandelt werden, bei höheren Temperaturen von über 600°C zu überwiegend Wasserstoff und Kohlendioxid (überkritische Biomasse-Vergasung). Typisch für hydrothermale Verfahren sind im Vergleich zu „trockenen“, die aus der Kohleumwandlung entwickelt wurden, sind:

• niedrigere Temperatur
• höherer Druck
• höhere Ausbeuten an erwünschtem Produkt, z. B. Kohle
• nasse Biomasse kann direkt, ohne vorherige Trocknung, umgesetzt werden.

Weiterführende Literatur

• A. Sinag, A. Kruse, and P. Maniam,
  Hydrothermal conversion of biomass and different model compounds,
  The Journal of Supercritical Fluids 71 (2012) 80-85.
• A. Sinag, T. Yumak, V. Balci, and A. Kruse,
  Catalytic hydrothermal conversion of cellulose over SnO2 and ZnO nanoparticle catalysts,
  Journal of Supercritical Fluids 56 (2011) 179-185
• A. Kruse,
  Supercritical water gasification,
  Biofuels, Bioproducts and Biorefining 2 (2008) 415-437.
• A. Kruse and H. Vogel,
  Heterogeneous Catalysis in Supercritical Media:
  2. Near-Critical and Supercritical Water, Chemical Engineering & Technology 31 (2008) 1241-1245.
• A. Kruse and E. Dinjus,
  Hot compressed water as reaction medium and reactant: Properties and synthesis reactions,
  The Journal of Supercritical Fluids 39 (2007) 362-380.
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  Hot compressed water as reaction medium and reactant:
  2. Degradation reactions, The Journal of Supercritical Fluids 41 (2007) 361-379.