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Wood for Industry Technische Ausstattung und Arbeitsschritte für die Untersuchung von lignocellulosem Material, Kraftzellstoff- und Bioethanolherstellung

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Folie 2

Gliederung

1. Aufgaben des Instituts für Pflanzen- und Holzchemie

2. Vom Baum bis zum Ergebnis

1. Probenahme

2. Probenvorbereitung

3. Chemische Untersuchungen

1. Kern-, Splint-, Rindenanteile

2. Extraktgehalt

3. Aschegehalt

4. Ligningehalt

5. Cellulosegehalt

6. Hemicellulosegehalt

7. pH-Wert

4. Zellstoffherstellung

5. Bioethanolherstellung

6. Ausblick

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Folie 3

Aufgaben des Instituts für Pflanzen- und Holzchemie

Chemische Charakterisierung Erzeugung von Zellstoff Erzeugung von Bioethanol

Zusammensetzung des Holzes: -Asche -Extrakte -Lignin -Cellulose -Hemicellulose Qualitative Untersuchungen: -Lignin (H:G:S-Verhältnisse) -Hemicellulose (Monomere) -Cellulose (Kristallinität) -Extrakte (Komponenten)

Analyse der Schwarzlauge: -Ligningehalt -Molmassenverteilung -funktionelle Gruppen Analyse des Faserstoffes: -Restlignin -DP -Fasereigenschaften -Prüfblattbildung und Festigkeitsprüfungen

Organosolvaufschluss: -Erzeugung eines Faserstoffes -Trennung der Kohlenhydrat- und Ligninfraktion -Analyse der Fraktionen Enzymatische Hydrolyse: -Maximierung der Ausbeute Vergärbarer Zucker

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Folie 4

Probenahme

1

2

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6

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Stammabschnitte für chemische Charakterisierung

Stammabschnitt für Zellstoffherstellung

Stammabschnitt für Bioethanolerzeugung

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Folie 5

Probenvorbereitung

5 individuelle Stammabschnitte

Mischprobe Trennung und von Rinde, Splint- und Kernholz und Zerkleinerung bzw. Homogenisierung in der Mühle Erfassung der gravimetrischen Anteile

N

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Folie 6

Anteile von Rinde, Splint- und Kernholz

[WERT] [WERT] 37 41

33

50

[WERT] [WERT] 51 47

56

41

[WERT] [WERT] 11 12 11 10

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Hasselburg(Referenz)

Graupa 68 Marienberg Cunnersdorf II Frauenstein Fichtelberg

grav

imet

risc

her

An

teil

(%)

Hybridlärchenkombination

grav. Kernanteil [%] grav. Splintanteil [%] grav. Rindenanteil [%]

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Folie 7

Chemische Eigenschaften – Wie werden sie ermittelt?

Extraktion Oxi./Hydr.

Holzmehl extraktfreies

Material

Extrakt

Holocellulose

Cellulose

Lignin

Asche

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Folie 8

Chemische Eigenschaften - Extraktanteil

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Chemische Eigenschaften - Extraktanteil

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1

2

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6

Hasselburg(Referenz)

Graupa 68 Marienberg Cunnersdorf II Frauenstein Fichtelberg

Extr

aktg

ehal

t [%

]

Hybridlärchenkombination

Kernextrakt [%] Splintextrakt [%] Gesamtextrakt [%]

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Chemische Eigenschaften - Aschegehalt

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Chemische Eigenschaften - Aschegehalt

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Hasselburg(Referenz)

Graupa 68 Marienberg Cunnersdorf II Frauenstein Fichtelberg

Asc

heg

ehal

t [%

]

Hybridlärchenkombination

Kernholz [%] Splintholz [%] Gesamt [%]

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Chemische Eigenschaften – Lignin

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Chemische Eigenschaften – Lignin

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25

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35

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45

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Hasselburg(Referenz)

Graupa 68 Marienberg Cunnersdorf II Frauenstein Fichtelberg

Lign

inge

hal

t [

%]

Hybridlärchenkombination

Kernholz [%] Splintholz [%] Gesamt [%]

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Folie 14

Chemische Eigenschaften - Cellulose

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Chemische Eigenschaften - Cellulose

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35

40

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Hasselburg(Referenz)

Graupa 68 Marienberg Cunnersdorf II Frauenstein Fichtelberg

Cel

lulo

sege

hal

t [%

]

Hybridlärchenkombination

Kernholz [%] Splintholz [%] Gesamt [%]

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0

5

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20

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30

35

40

45

50

Hasselburg(Referenz)

Graupa 68 Marienberg Cunnersdorf II Frauenstein Fichtelberg

An

teil

der

Hem

icel

lulo

se [

%]

Hybridlärchenkombination

Kernholz [%] Splintholz [%] Gesamt [%]

Chemische Eigenschaften - Hemicellulose

November

April

August

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Chemische Eigenschaften - Acidität

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Chemische Eigenschaften - Acidität

1

3

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9

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Hasselburg(Referenz)

Graupa 68 Cunnersdorf II Marienberg Frauenstein Fichtelberg

pH

(0

=sau

er/1

4=b

asis

ch)

Hybridlärchenkombination

Kernholz Splintholz

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Verarbeitbarkeit zu Zellstoff

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Verarbeitbarkeit zu Zellstoff

• Je Standort und und Hybrid wird Zellstoff hergestellt und daraus Normprüfblätter produziert

• Zellstoffeigenschaften:

• Gesamtausbeuten von 44,5 – 47,9 %

• Davon sind 90,4 – 96,9 % nutzbarer Zellstoff

• Kappazahlen variieren zwischen 25 und 32 (hoher Restligningehalt -> entspricht Paketpapier)

• Faserlängen maximal 2,081mm und minimal 1,853 mm

• Papiereigenschaften:

• Relativ dunkles Papier, trotz ungewöhnlich hohem Einsatz von Chemikalien

• Hoher Bleichaufwand (Chemikalienverbrauch)

• Festigkeitseigenschaften werden nach DIN EN ISO 5270 geprüft

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Verarbeitbarkeit zu Bioethanol

Holz

Zellstoff

Hydrolyse

Filtrat

Lignin

Organosolv (Ameisensäure)

Vergärung

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Verarbeitbarkeit zu Bioethanol

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Ausblick

• Chemische Charakterisierung:

• Stoffliche Zusammensetzung der Extrakte, des Lignins und der Hemicellulosen

• Beschaffenheit der Cellulose (Durchschnittlicher Polymerisationsgrad, Kristallinität)

• Beschaffenheit des Lignins (Molmassenverteilung)

• Verarbeitbarkeit zu Zellstoff:

• Prüfung der Festigkeiten

• Verarbeitbarkeit zu Bioethanol:

• Optimierung der Ausbeuten des Organosolvverfahrens

• Quantifizierung der vergärbaren Zucker

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