Beitrag zur Optimierung des
Pelletierverhaltens von Gärresten
und Landschaftspflegeheu sowie
deren Mischungen
vorgelegt von
Dipl.-Ing.
Claudia Kirsten
an der Fakultät III Prozesswissenschaften
der Technischen Universität Berlin
zur Erlangung des akademischen Grades
Doktor der Ingenieurwissenschaften
- Dr.-Ing. -
genehmigte Dissertation
Promotionsausschuss:
Vorsitzender: Prof. Dr.-Ing. Harald Kruggel-Emden, Berlin
Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Jens-Uwe Repke, Berlin
Gutachter: Prof. Dr. mont. Michael Nelles, Rostock
Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 03. Juni 2021
Berlin 2021
Bibliographische Beschreibung und Referat 2
Referat
Biomasse ist verfügbar, flexibel einsetzbar und stellt einen wesentlichen Baustein der
Energiewende der Bundesregierung dar. Die Veredlung von Rest- und Abfallstoffen in
der dezentralen Wärmeerzeugung bietet einen hohen Zugewinn an Nachhaltigkeit und
kann Konflikte zwischen stofflicher und energetischer Nutzung von Biomasse vermindern.
Landschaftspflegeheu als halmgutartige und Gärreste aus Biogasanlagen als faserarme
und ligninreiche Biomasse sind potentielle Reststoffe für eine thermische Verwertung. Die
Entwicklung qualitativ hochwertiger Festbrennstoffe aus Landschaftspflegeheu und/oder
Gärresten kann die Brennstoffpalette über Holz hinaus erweitern und ist Untersuchungsge-
genstand der Arbeit. Mit Hilfe standardisierter Aufbereitungsverfahren wurden die Rest-
stoffe zu Pellets verarbeitet und so weit optimiert, dass die physikalisch-mechanischen
Mindesteigenschaften der Iso 17225-6 [20] für nicht-holzartige Biomassepellets vollstän-
dig eingehalten werden.
Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit liegt im verbesserten Verständnis der „Theorien
der Bindemechanismen und -kräfte“. Sowohl theoretisch als auch mit umfangreichen prak-
tischen Untersuchungen wird der Frage „Wie hält ein Pellet zusammen?“ nachgegangen.
Dazu werden Nachweismöglichkeiten erarbeitet und getestet, wobei vor allem bildgeben-
de Analysemethoden wie Stereomikroskopie (SM), Rasterelektronenmikroskopie (REM),
Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) und Mapping im Vordergrund stehen.
Versicherung
Hiermit versichere ich, dass ich die vorliegende Arbeit ohne unzulässige Hilfe Dritter und
ohne Benutzung anderer als der angegebenen Hilfsmittel angefertigt habe; die aus fremden
Quellen direkt oder indirekt übernommenen Gedanken sind als solche kenntlich gemacht.
Bei der Auswahl und Auswertung des Materials sowie bei der Herstellung des Manu-
skripts habe ich Unterstützungsleistungen von folgenden Personen erhalten:
◦Prof. Dr.-Ing. habil. Jens-Uwe Repke, Technische Universität Berlin, Betreuer
◦Prof. Dr. mont. Michael Nelles, Universität Rostock, Gutachter
◦Dr.-Ing. Volker Lenz, Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH Leipzig
◦Dr.-Ing. Hans-Werner Schröder, TU Bergakademie Freiberg
Praktikumsarbeit
◦2012 Künne, Anne: Untersuchungen zum Zerkleinerungsverhalten von Landschafts-
pflegeheu, HTWK Leipzig
Projektarbeit
◦2013 Meister, Patrick und Heinze, Daniel: Untersuchungen zum Verdichtungsverhal-
ten von Heu und Gärresten, TU Bergakademie Freiberg
Bachelorarbeiten
◦2009 Buhl, Marcus: Pelletierung von Miscanthus - Untersuchungen verschiedener
Einflussfaktoren auf den Pelletierprozess, HTWK Leipzig
◦2012 Breuß, Mathias: Energetische Verwertung von Gärresten, FH Merseburg
◦2013 Künne, Anne: Pelletierverhalten von Landschaftspflegeheu, HTWK Leipzig
◦2013 Dempwolf, Christoph: Untersuchungen zur Herstellung von Mischpellets aus
Landschaftspflegeheu und Gärresten, FH Nordhausen
◦2013 Kemnitzer, Jan: Untersuchung zur Herstellung von Mischpellets aus Heu und
Gärresten, Hochschule Hof
◦2015 Gropengießer, Martin: Herstellung von Energiepellets: Analyse der einfluss-
reichsten Rohstoff- und Prozessparameter, FH Nordhausen
Bibliographische Beschreibung und Referat 4
◦2015 Walter, Simon: Untersuchungen zur Entwicklung einer Methodik zur Festig-
keitsprüfung von Biomassepellets, HTWK Leipzig
Diplom-/Masterarbeiten
◦2013 Marek, Johannes: Optimierung des Herstellungsprozesses von Mischpellets aus
Gärresten und Landschaftspflegeheu, TU Bergakademie Freiberg
◦2014 Kruse, Sabrina: Untersuchungen zur Theorie der Bindemechanismen bei der
Verdichtung von Heu, TU Bergakademie Freiberg
Weitere Personen waren an der Abfassung der vorliegenden Arbeit nicht beteiligt.
Die Hilfe eines Promotionsberaters habe ich nicht in Anspruch genommen. Weitere
Personen haben von mir keine geldwerten Leistungen für Arbeiten erhalten, die nicht als
solche kenntlich gemacht worden sind. Die Arbeit wurde bisher weder im Inland noch im
Ausland in gleicher oder ähnlicher Form einer anderen Prüfungsbehörde vorgelegt.
03. Juni 2021 Dipl.-Ing. Claudia Kirsten
Danksagung 5
Danksagung
Die vorliegende Arbeit entstand maßgeblich während meines Industriestipendiums, ge-
fördert durch die Sächsischen Aufbaubank (SAB) und in Kooperation mit dem Institut
für Thermische Verfahrenstechnik, Umwelt- und Naturstoffverfahrenstechnik (ITUN) der
TU Bergakademie Freiberg sowie dem Deutschen Biomasseforschungszentrum gGmbH
(DBFZ) Leipzig. Die Fertigstellung der Dissertationsschrift erfolgte berufsbegleitend mit
meiner Tätigkeit als wissenschaftliche Mitarbeiterin am DBFZ. In diesem Sinne danke
ich der SAB für die finanzielle Unterstützung sowie den Kooperationspartnern für die
Bereitstellung von Materialien und Techniken, um praxis- und anwendungsbezogene Wis-
senschaft und Forschung durchzuführen.
Ich möchte mich herzlichst bei meinem Betreuer und Gutachter Herrn Professor Dr.-
Ing. habil. Jens-Uwe Repke (2010 - 2016 Direktor am ITUN, ab 03/2016 Leiter des Fach-
gebiets Dynamik und Betrieb technischer Anlagen an der TU Berlin) bedanken, der mir
jederzeit mit hilfreichem Rat zur Seite stand sowie mit seiner wertvollen Erfahrung und
konstruktiven Kritik die Qualität dieser Arbeit geprägt hat.
Mein besonders herzlicher Dank gilt Dr.-Ing. Volker Lenz, der mit viel Geduld und
fachlichen Anregungen mein Promotionsvorhaben stets begleitet und gefördert hat. Wei-
terhin bedanke ich mich bei Herrn Professor Dr. mont. Michael Nelles, der Universität
Rostock und wissenschaftlicher Geschäftsführer des DBFZ, für die bereitwillige Übernah-
me des Zweitgutachtens.
Ich möchte mich bei allen Personen bedanken, die mich in vielseitiger Weise bei mei-
ner Tätigkeit im Rahmen meines Promotionsvorhabens sowohl an der TU Bergakademie
Freiberg als auch am DBFZ unterstützt und somit einen Beitrag zu dieser Arbeit geleistet
haben. Für die interessante und abwechslungsreiche Zusammenarbeit in einer sehr ange-
nehmen Atmosphäre danke ich Dr.-Ing. Hans-Werner Schröder und dem gesamten Team
der Arbeitsgruppe Naturstoffverfahrenstechnik. Ohne die vielseitige Unterstützung der
Labormitarbeiterin Frau Carmen Müller wäre die Vielfalt an Experimenten nicht möglich
gewesen. Ein großes Dankeschön geht auch an die Mitarbeitenden der Arbeitsgruppe In-
novative Festbrennstoffe am DBFZ, die für verschiedene Fragestellungen stets ein offenes
Ohr hatten. Für die wertvolle Hilfe bei der Lösung technischer Probleme bedanke ich mich
bei Uwe Langbein und Michael Junold. Bei allen ehemaligen und heutigen Mitarbeiten-
den der AGs und allen hier nicht Aufgeführten danke ich für die Unterstützung, die gute
Zusammenarbeit und Hilfsbereitschaft sowie das positive Arbeitsklima.
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