Wood for Industry Technische Ausstattung und Arbeitsschritte für die Untersuchung von lignocellulosem Material, Kraftzellstoff- und Bioethanolherstellung
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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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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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Probenahme
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Stammabschnitte für chemische Charakterisierung
Stammabschnitt für Zellstoffherstellung
Stammabschnitt für Bioethanolerzeugung
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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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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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Chemische Eigenschaften – Wie werden sie ermittelt?
Extraktion Oxi./Hydr.
Holzmehl extraktfreies
Material
Extrakt
Holocellulose
Cellulose
Lignin
Asche
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Chemische Eigenschaften - Extraktanteil
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Chemische Eigenschaften - Extraktanteil
0
1
2
3
4
5
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
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Hasselburg(Referenz)
Graupa 68 Marienberg Cunnersdorf II Frauenstein Fichtelberg
Lign
inge
hal
t [
%]
Hybridlärchenkombination
Kernholz [%] Splintholz [%] Gesamt [%]
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Chemische Eigenschaften - Cellulose
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Chemische Eigenschaften - Cellulose
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Hasselburg(Referenz)
Graupa 68 Marienberg Cunnersdorf II Frauenstein Fichtelberg
Cel
lulo
sege
hal
t [%
]
Hybridlärchenkombination
Kernholz [%] Splintholz [%] Gesamt [%]
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0
5
10
15
20
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30
35
40
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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
5
7
9
11
13
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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