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