Pyrolyse: Funktion und technische Anwendung

Definition: Wie funktioniert die Pyrolyse?   

Die Pyrolyse (auch Entgasen, Brenzen oder trockene Destillation) ist auf der Erde schon lange bekannt. So stellten Menschen bereits in der Mittelsteinzeit (8.300 bis 4.000 v. Chr.) Teer und Pech mit dem Verfahren her. Ganz allgemein beschreibt die pyrolytische Zersetzung einen thermo-chemischen Prozess, der kohlenstoffhaltige Verbindungen aufspaltet. Hohe Reaktionstemperaturen von 200 bis 900 Grad Celsius erzeugen dabei einen Bindungsbruch, der große Moleküle in kleinere spaltet. Kennzeichnend für den Prozess ist außerdem, dass er ohne die Zugabe von Sauerstoff abläuft. Kommen sauerstoffhaltige Brennstoffe wie Holz zum Einsatz, lassen sich Oxidationsprozesse jedoch kaum vermeiden.

Reaktionsprodukte hängen von der Temperatur ab   

Als Produkt der Pyrolyse entstehen Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe. Zu welchen Anteilen das passiert, hängt neben den eingesetzten Rohstoffen auch von der Reaktionstemperatur, der Reaktionsdauer und den vorherrschenden Druckverhältnissen ab. Auch die zugegebenen Hilfsstoffe können sich auf die Zusammensetzung der Produkte auswirken. Einen großen Anteil hat jedoch oft das sogenannte Pyrolysegas. Kondensiert dieses an kalten Flächen, können dickflüssige Öle entstehen.

Verschiedene Varianten des Verfahrens

Geht es um den Ablauf der Pyrolyse, unterscheiden Experten heute zwei Varianten: Eine direkte und eine indirekte. Bei der direkten Pyrolyse kommt die thermische Energie aus der Verbrennung des Pyrolyseguts selbst. Durch das Regulieren der Sauerstoffzufuhr lässt sich dabei die Temperatur und somit auch die Reaktion beeinflussen. Die indirekte Variante findet hingegen in einem geschlossenen Behälter statt. Dieser wird von außen erwärmt und ist selbst nahezu sauerstofffrei. Auf diese Weise lässt sich die Verbrennung verhindern und die Pyrolysegüter verschwelen.

Nicht zu verwechseln: Pyrolyse und Vergasung

Im Gegensatz zur pyrolytischen Zersetzung geht es bei der Vergasung um Vorgänge, bei denen die Einsatzstoffe teilverbrannt werden. Möglich ist das mit Vergasungsmitteln wie Dampf, Luft oder Sauerstoff, die den organischen Gehalt der Substrate komplett zu gasförmigen Stoffen umwandeln. Übrig bleibt dabei lediglich mineralische Asche oder Schlacke. Bei der Entgasung oder Pyrolyse bleibt hingegen auch fester Kohlenstoff (das Pyrolysekoks) zurück.    

Die Pyrolyse in der praktischen Anwendung

Geht es um den technischen Nutzen, kommt die Reaktion heute für verschiedenste Einsatzbereiche infrage. So ist sie Bestandteil der Zersetzungsreaktion von Holz und Grundlage von Verfahren zur biologischen Ölherstellung. Im Haushalt nutzen einige Hersteller das Verfahren allerdings auch zum Reinigen von Backöfen.

Darüber hinaus kommt die Pyrolyse auch in folgenden Bereichen zur Anwendung:

• Verschwelen von Abfall
  
• Recycling von Altholz
  
• Reinigung kontaminierter Böden
  

Pyrolytische Zersetzung von Holz   

Im Kontext der Heizungstechnik findet die Pyrolyse unter anderem im  Holzvergaserkessel  statt. Dieser besteht im Kern aus einer zweigeteilten Brennkammer, die die einzelnen Phasen der Holzverbrennung räumlich trennt. Einmal in Gang gesetzt, trocknen die eingelegten Scheite in der ersten Brennkammer. Sie erwärmen sich durch die Abwärme der Verbrennung und werden thermisch zersetzt. Bei der Pyrolyse entsteht ein Gas, das dann in der zweiten Brennkammer unter besonders hohen Temperaturen verbrennt. Auch ein  Holzgas-BHKW  funktioniert mit der Pyrolysereaktion. Hier wandeln Anlagen die chemische Energie der Brennstoffe in thermische und mechanische Energie um. Es entsteht also Wärme und Strom.

Herstellung von Pyrolyse-Öl   

Interessant ist auch die sogenannte Flash-Pyrolyse, die der Herstellung biologischer Öle dienen soll. Grundlage der Verfahren ist dabei die blitzartige Zersetzung der Ausgangsstoffe. Kondensieren diese anschließend an einem Wärmeübertrager, erreichen sie den flüssigen Aggregatzustand und lassen sich als Öl verbrennen. Als Rohstoffe eignen sich dabei zum Beispiel Hölzer, Energiepflanzen oder getrockneter Biomüll.

Reinigung von Backöfen

Selbst moderne Backöfen setzen auf die Pyrolyse. Und zwar zur Selbstreinigung. Dabei erhitzen sie ihren Innenraum auf Temperaturen von bis zu 600 Grad Celsius, wobei der vorhandene Schmutz entgast und nichts als Kohlenstoff übrig bleibt. Dieser fällt nach unten und lässt sich nach dem Abkühlen einfach mit einem Schwamm herauswischen. Nachteilig ist neben dem hohen Energieaufwand vor allem die Tatsache, dass Verbraucher alle Teleskopauszüge zuvor entfernen müssen. Andernfalls gehen auch die Schmiermittel der kleinen Lager verloren.

Ganz praktisch hilft die Pyrolyse auch beim Reinigen des Grillrosts. Dazu legt man den Rost für einige Minuten ins Feuer, wenn das seine größte Hitze erreicht hat. Der Schmutz lässt sich anschließend leicht entfernen.