PlASTiC

Behandlung geruchsintensiver, Methan- und VOC-haltiger Abluftströme durch eine Verfahrenskombination aus nicht-thermischem Plasma, Mineraladsorber und Wäscherstufe – A combined Plasma-Adsorber-Scrubber System for Treatment of intensively smelling Crude gases (PlASTiC)

Projektträger: Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF – KMU-innovativ: Ressourcen- und Energieeffizienz, Schwerpunkt „Energieeffizienz / Klimaschutz“

Laufzeit: 01.09.2012 – 31.10.2015

Kooperationspartner:
Universität Stuttgart, Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft, Abt. Biologische Abluftreinigung

Durtec GmbH

Liutec Ing.-GmbH

Schema
Schematische Darstellung der Anlage

Spektrum
Aufnahme der Entladung

Strömungssimulation
Beispiel einer Strömungssimulation

Kurzfassung:
Speziell Abluftströme aus der Haltung bzw. Verarbeitung von biologischen Produkten wie beispielsweise aus der Masttierhaltung, Tiermehltrocknung, Klärschlammtrocknung, Abfallkompostierung, Gärrückstandbehandlung u. ä. Industriefeldern zeichnen sich neben einer hohen Geruchsbelastung von teilweise deutlich über 20.000 GE/m³ und Methangehalten von ca. 10 bis 150 mg C/m³ durch eine komplexe Abluftzusammensetzung mit 50 bis 100 organischen Komponenten bei einer Gesamtkohlenstoffkonzentration von einigen 100 mg C/m³ aus. Speziell die Komplexität der Abluftsituation führt zu einer weiten Verbreitung thermischer Behandlungsverfahren im industriellen Umfeld bzw. biologischer Behandlungsverfahren in der landwirtschaftlichen Tierhaltung.
Während thermisch-oxidative Verfahren für die Behandlung dieser Luftströme zwar technisch geeignet sind, jedoch eine kostenintensive Stützfeuerung erfordern und somit in hohem Umfang CO2 und andere Verbrennungsprodukte als Sekundäremissionen generieren, stellen biologische Behandlungsverfahren eine sehr kostengünstige Methode dar, die aufgrund der Komplexität der Abluftzusammensetzung und speziell der hohen Methangehalte jedoch nur eine unzureichende Reinigungsleistung erlaubt. In den letzten drei Dekaden wurden nicht-thermische Plasmen speziell in Kombination mit katalytisch aktiven Adsorbern intensiv erforscht und eine sehr große Zahl an wissenschaftlichen Studien veröffentlicht. Jedoch sind die hieraus gewonnenen Erkenntnisse nur äußerst begrenzt auf eine reale Industrieabluft übertragbar:

  • Es werden in der Regel Einzelschadstoffsituationen in einer matrixfreien Abluft (d. h. ohne Stäube, Aerosole, kondensierende Bedingungen o. ä.) betrachtet.
  • Die betrachteten Abluftvolumenströme übersteigen in den seltensten Fällen 10 m³/h; die zugehörigen Testanlagen sind in der Regel im mL-Maßstab.
  • Die eingekoppelten Leistungen (specific input energy = SIE) übersteigen in den meisten Fällen 20 kWh/1000 m³, was dem Energiebedarf einer Regenerativen Nachverbrennung mit einem Temperaturgradienten von 50 K zwischen Roh- und Reingas für diesen Abluftstrom entspricht.
  • Die entwickelten Katalysatoren bzw. katalytisch aktiven Adsorber werden im universitären Umfeld nur in Kleinstmenge hergestellt und sind in der Regel kommerziell nicht verfügbar. Sind sie kommerziell verfügbar, so weisen sich sehr hohe Kosten auf (über 100 €/kg).

Ziel dieses Vorhabens war daher der Aufbau und die Optimierung eines modularen Abluftreinigungsverfahrens zur simultanen Emissionsminderung von VOCs (inkl. Methan), Geruchsstoffen sowie gasförmigen anorganischen Schadstoffen, wie sie beispielsweise als Aufgabenstellung in der Tierhaltung, Klärschlammtrocknung oder Abfallkompostierung auftritt. Die Verfahrenskombination, bestand dabei aus einer Kaltplasma – Stufe mit integriertem Mineraladsorber sowie einer biologischen Wäscherstufe, wurde unter technischen, ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten im klein- und halbtechnischen Maßstab für Volumenstrom von ca. 300 m³/h bzw. 800 m³/h zunächst anhand artifizieller Abluftströme optimiert. Anschließend wurde das Verfahren mit Realabluft bzw. realitätsnaher Abluft validiert. Die hierbei gewonnenen Daten sollten die geplante Markteinführung unterstützen und absichern, so dass am Ende des Projektes ein marktreifes Konzept vorliegt, welches ggf. nach Modifikationen am Markt implementiert werden kann.

Publikationen:

„A combined Plasma-Adsorber-Scrubber System for Treatment of intensively smelling Crude Gases (PlASTiC)“,
Annual Report, Institute of Interfacial Process Engineering and Plasma Technology, Department for Plasma and Interfacial Physics Processes, Universität Stuttgart, 2013

Schulz A, Sharma D, Leins M, Walker M, Hirth T, Dobslaw D, Helbich S, Dobslaw C, Glocker G (2014). „Exhaust air purification with DBD.“
Poster Presentation, 14th. International Conference on Plasma Surface Engineering PSE, Garmisch-Partenkirchen 2014.

„Characterisation of a dielectric barrier discharge (DBD) for waste gas treatment“,
Annual Report, Institute of Interfacial Process Engineering and Plasma Technology, Department for Plasma and Interfacial Physics Processes, Universität Stuttgart, 2014

Sharma D (2014). „Characterization of a dielectric barrier discharge (DBD) for waste gas treatment.“
Master Thesis, Universität Stuttgart, 2014

Glocker B, Dobslaw D, Sharma D, Schulz A (2014). „DBD plasma process for exhaust air purification.“
In: Brandenburg R, and Stollenwerk L (eds.): Hakone XIV Book of Contributions, 21st – 26th September 2014, Zinnowitz. 240-244.

Dobslaw C, Dobslaw D, Schulz A, Schomburg J, Ortlinghaus O, and Timmermans R (2014). „Abluftbehandlung durch eine Verfahrenskombination aus nicht-thermischen Plasma, Mineraladsorber und Wäscherstufe – Zwischenbericht aus der laufenden Entwicklung.“
In: VDI (ed.): 2014. VDI-Berichte 2214 Emissionsminderung 2014, Düsseldorf, VDI Verlag. 241-246. ISBN: 978-3-18-092214-0.

Dobslaw D, Ortlinghaus O, und Dobslaw C (2015). „Geruchsstoffreduktion durch eine Verfahrenskombination aus Niedertemperaturplasma, Mineraladsorber und Biorieselbettreaktor.“
In: VDI (ed.): 2015. VDI-Berichte 2252 Gerüche in der Umwelt 2015, Düsseldorf, VDI-Verlag. 209-215. ISBN: 978-3-18-092252-2.

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