KLIMAKRAFT - Reaktivdestillation zur Erzeugung klimafreundlicher Brenn- und Kraftstoffe auf Basis von Rest- und Abfallstoffen - Next Level ("KLIMAKRAFT II")

Abstract

Das Projekt ist die Fortsetzung der bereits abgeschlossenen Impulsprojekte READi-PtL (Prozessentwicklung des Verfahrens zur Umwandlung von Altfetten in Drop-in Kraftstoffe) sowie KLIMAKRAFT - Basic Engineering (KLIMAKRAFT I: Prozessoptimierung und Etablieren einer kontinuierlichen Feststoffausschleusung). Ziel von KLIMAKRAFT – next level (KLIMAKRAFT II) war, das Verfahren der solvolytischen Reaktivdestillation auf eine andere Abfallart (Plastikabfälle) zu übertragen und parallel eine Skalierung in den nächsten Technologiereifegrad zu erreichen. Diese Ziele wurden erreicht, indem eine Vielzahl experimenteller Untersuchungen an der HAW Hamburg durchgeführt wurden. Zunächst wurde der Prozess in einem Reaktor mit einem Volumen von 250 ml entwickelt. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse erfolgte die Skalierung und Auslegung eines Systems mit einem Reaktor mit 5100 ml Volumen inkl. Peripherie. Ein Kernthema war die Erforschung des Verhaltens der Reinkunststoffe Polyethylen (HDPE, LDPE), Polypropylen (PP) sowie deren Mischungen. Außerdem wurde das Verhalten von Realabfällen untersucht. Des Weiteren konnte das chemische Systemverständnis vertieft werden. Ein weiteres technisches Arbeitsziel war die Ermittlung technischer Daten für die Skalierung um den Faktor 10 in den großen Technikumsmaßstab. Die Versuche zeigten, dass die unterschiedlichen Siedepunkte/Dampfdrücke der Einzelkomponenten in Gemischen von Plastikabfällen verfahrenstechnisch herausfordernd sind, und dass bei einer Skalierung insgesamt eine präzise Temperaturkontrolle über die gesamte Reaktionsstrecke (Extruder, Reaktor, Kondensator) realisiert werden muss. Einen großen Einfluss auf die Produktzusammensetzung hatte auch die Aufheizrate in der Batch-Fahrweise. Insgesamt hat das Projekt gezeigt, dass eine Übertragung der solvolytischen Reaktivdestillation auf Plastikabfälle funktioniert, allerdings besteht weiterer Forschungsbedarf bei der Verarbeitung von gemischten und kontaminierten Abfällen. This project is a continuation of the previously completed pilot projects READi-PtL (process development for converting waste fats into drop-in fuels) and KLIMAKRAFT – Basic Engineering (KLIMAKRAFT I: process optimization and establishment of a continuous solid removal system). The goal of KLIMAKRAFT – next level (KLIMAKRAFT II) was to transfer the solvolytic reactive distillation process to a different type of waste (plastic waste) and, in parallel, to achieve scaling up to the next level of technological maturity. These goals were achieved by conducting a large number of experimental studies at HAW Hamburg. Initially, the process was developed in a 250-ml reactor. Based on the findings, a system was scaled up and designed featuring a 5,100-ml reactor, including peripheral equipment. A key focus was the investigation of the behaviour of pure plastics—polyethylene (HDPE, LDPE), polypropylene (PP)—as well as their blends. In addition, the behaviour of actual waste was examined. Furthermore, the understanding of the chemical system was deepened. Another technical objective was to determine technical data for scaling up by a factor of 10 to the large pilot plant scale. The experiments showed that the varying boiling points and vapor pressures of the individual components in plastic waste mixtures pose significant process engineering challenges, and that, when scaling up the process, precise temperature control must be maintained throughout the entire reaction pathway (extruder, reactor, condenser). The heating rate in batch mode also had a significant influence on the product composition. Overall, the project demonstrated that the application of solvolytic reactive distillation to plastic waste is feasible; however, further research is needed regarding the processing of mixed and contaminated waste.