Die Bezeichnung"feuchte Biomasse"umfasst pflanzliches Material, das in feuchtem Zustand verarbeitet wird. Darin inbegriffen sind monokotyle Pflanzen, insbesondere alle Arten von Gräsern, einschliesslich feucht (d. h. vor der Körnerreife) geernteter Getreide wie Weizen, Gerste, Hafer, Roggen und Hirse sowie Zuckerrohr, Zuckerhirse und Mais. Ebenfalls inbegriffen sind breitblättrige Pflanzen wie Luzerne, Klee und andere, sowie Produkte oder Rückstände von Verarbeitungsbetrieben wie z. B. Holzfasern oder Bagasse aus der Verarbeitung von Zuckerrohr oder Zuckerhirse. Die Definition"feucht"bezieht sich auf einen Trockensubstanzgehalt der Biomasse von 10-50%. Die Biomasse kann erntefrisch, angewelkt oder zwischengelagert (auch siliert) verarbeitet werden.

Unter dem Begriff"Faserplatten"werden Platten verschiedener Dicke und Dichte zusammengefasst, die als Dämmstoffe zum Schutz vor Kälte und Hitze oder als mechanisch belastbare Platten von höherer Dichte eingesetzt werden. Zur Ausprägung gewünschter Eigenschaften werden diese Platten z. T. zu 2-oder 3-Schicht Platten aufbereitet.

Stand der Technik Die Herstellung von Platten verschiedener Dicke und Dichte aus Holzfasern ist seit Jahrzehnten eine weltweit etablierte Industrie. Ueblicherweise erfolgt dabei eine Behandlung des aufbereiteten Rohstoffes Holz mit Dampf und anschliessender Mahlung der Fasern in einem Refiner. Die Plattenherstellung erfolgt durch Ablage der Fasern in nicht entwässertem Zustand als Endlosvlies auf ein Siebband, mit anschliessender Entwässerung, Pressung und Trocknung der Platten. Die Plattenfestigkeit ergibt sich aufgrund der Klebewirkung des im Rohstoff enthaltenen Lignins, welches durch die erfolgte Dampfbehandlung über dessen Erweichungspunkt erhitzt wird und beim Abkühlen bzw. Erstarren eine klebende Wirkung entfaltet. Das Pressen des Faser-Endlosvlieses erfolgt durch Pressrollen, was eine mechanische Entwässerung auf lediglich 20-25% Trockensubstanz ergibt. Die Plattentrocknung ist deshalb sehr aufwändig.

Die Herstellung von Faserplatten nach dem ebenfalls industriell üblichen Trockenverfahren ist nicht relevant für die vorliegende Erfindung und wird deshalb nicht weiter ausgeführt. Auch verschiedene Verfahren zur Herstellung von Faserplatten hoher und mittlerer Dichte aus holzartigen Ausgangsstoffen oder Stroh sowie von Dämmplatten aus Flachs, Hanf, Altpapier, Schafwolle oder Mischungen davon erfolgen nach dem Trockenverfahren und sind deshalb nicht erfindungsrelevant.

Die Herstellung von Dämmplatten aus landwirtschaftlichen Rohstoffen, die in einem Nassaufschluss zerfasert wurden, ist bisher nicht bekannt.

Zur Aufbereitung und Zerfaserung von Biomasse wurden zahlreiche Verfahren entwickelt, die teilweise die Fasergewinnung und teilweise eine möglichst weitgehende Hydrolyse der Fasern anstreben.

Janson et al. (Nordic Pulp and Paper Research Journal 11 ; 4-14 (1996) beschreiben ein Aufschlussverfahren für Gräser unter Verwendung von Trinatriumphosphat als Alkaliquelle.

DE 3433508 beschreibt ein chemo-thermo-mechanisches Verfahren zur Herstellung von Zellstoff aus Pflanzenfasermaterial. Der Rohstoff wird zunächst unter Zugabe von organischen Lösungsmitteln in einem Pulper gelöst, dann in einem Dichstoffpulper und einem Entstipper weiter zerkleinert, und dann unter Zugabe von Ethanol oder Methanol, Sauerstoff, Anthrachinon und Alkali weiter delignifiziert.

WO 01/45523 beschreibt ein Verfahren zur Trennung von pflanzlicher Biomasse in eine Flüssigphase und eine feststoffhaltige Phase mit faseriger Konsistenz. Grundlage ist die Erzeugung eines Geschwindigkeitsgradienten in einer fliessenden Suspension. Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Mazerator beschrieben.

Die obigen Dokumente enthalten keine Anleitungen zur Weiterverarbeitung der hergestellten Fasern zu Faserplatten.

Darstellung der Erfindung Der Erfindung stellen sich demnach die folgenden Aufgaben : (a) Entwicklung eines Bindesystems, welches zwischen den Fasern genügend starke Bindekräfte entwickelt, um der Faserplatte die notwendige mechanische Belastbarkeit zu verleihen. Dichte, Dämmwert und Belastbarkeit der Platten sollen dabei in einem praxisüblichen Verhältnis zueinander stehen (z. B. ähnlich Steinwolleplatten oder Holzfaserplatten). Zur Ausgangslage gehört, dass Fasern von Gramineen und Leguminosen insbesondere bei frühem Schnittzeitpunkt einen geringen Ligningehalt haben und Lignin bzw. durch Hitzeeinwirkung erweichtes Lignin (im Gegensatz zu Holzfaserplatten) deshalb wenig zur mechanischen Belastbarkeit von aus diesen Rohstoffen hergestellten Faserplatten beitragen kann.

(b) Bereitstellung eines Systems von Zuschlagstoffen, das den Platten die notwendige Brandfestigkeit sowie Resistenz gegenüber Schimmelpilzbefall verleiht.

(c) Beschränkung des Aufwandes für die Trocknung der Platten (d) Bereitstellung von Verfahrenstechnik, die für Umsetzungen im kleinen und mittleren Massstab geeignet ist. Aufgrund von Beschränkungen bei der Bereitstellung, Zwischenlagerung und Logistik von feuchter Biomasse ist eine Verarbeitung von ca. 1000 bis ca. 50'000 Tonnen Trockenmasse pro Jahr realistisch. Bei einem Fasergehalt von 50% des Trockensubstanzgehaltes ergibt sich ein Produktausstoss von 50% des Annahmegewichtes. Demgegenüber hat eine industrielle Plattenfertigung heute in der Regel eine Produktionskapazität von 50'000-500'000 Tonnen pro Jahr.

(e) Bereitstellung einer Zerfaserungstechnik, welche Fasern bereitstellt, die für das entwickelte Bindesystem (vgl. (a)) bestmöglich geeignet sind. Entscheidend dafür sind die Faserlänge und die Faservereinzelung.

Erfindungsgemäss werden diese Aufgaben gelöst durch ein Verfahren, eine Vorrichtung, und durch Platten entsprechend den unabhängigen Ansprüchen.

Das erfindungsgemässe Verfahren weist also die folgenden Schritte auf : (a) Rohstoffaufbereitung und Dosierung ; (b) Zerfaserung des Rohstoffes ; (c) Faserentnahme und mechanische Entwässerung auf 30-45% Trockensubstanz ; (d) Plattenherstellung aus den mechanisch entwässerten Fasern.

Die Plattenherstellung erfolgt nach folgendem Vorgehen : e) zumindest annähernd vollständiges Oeffnen der Faserklumpen nach der mechanischen Entwässerung ; f) Zudosierung und Einmischen von Zuschlagstoffen ; g) Bildung eines Faserbettes mit gleichmässiger Schichtdicke ; h) Verpressung des Faserbettes auf eine gewünschte Dicke bzw. Dichte ; i) Gleichmässige Bedampfung des Faserbettes bis über den gesamten Querschnitt eine Temperatur von über 60°C, vorzugsweise von 80-100°C erreicht ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren weist also zwei Teilverfahren auf, nämlich (a) die Zerfaserung der feuchten Biomasse und Befreiung der Fasern von im Rohstoff enthaltenen Begleitstoffen sowie (b) die Aufbereitung der feuchten Fasern zu Faserplatten.

Die erfmdungsgemässen Vorteile des Verfahrens werden insbesondere durch die beschriebene Bedampfung erreicht. Dadurch ist es möglich, ohne Zugabe von Bindemitteln mechanisch belastbare Dämmplatten mit niedriger Dichte herzustellen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt im stark reduzierten bzw. sogar hinfällig werdenden Aufwand zur Trocknung der Fasern mit Luft.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung weist auf : einen vorzugsweise rechteckigen Rahmen (1) zur Aufnahme eines Faserbettes (2), wobei der Rahmen über einem luftdurchlässigen Stützmittel (3) anordenbar ist, eine Pressvorrichtung (8) zum Pressen des Faserbettes (2) gegen das Stützmittel (3), wobei die Vorrichtung Mittel zum Einleiten von Dampf (5,7) und Mittel zum Einleiten von Trocknungsluft (6,7) in das Faserbett sowie Mittel zum Absaugen von Dampf respektive Trocknungsluft (9, 10) aus dem Faserbett (2) aufweist.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren respektive der Vorrichtung sind beispielsweise Dämmplatten und Bauplatten sowie Faservliese herstellbar.

Dämmplatten weisen eine niedrigere Dichte auf, beispielsweise 50-180 kg/m3, vorzugsweise 70- 130 kg/m3. Bauplatten weisen eine höhere Dichte auf, beispielsweise 130-300 kg/m3, vorzugsweise 150-250 kg/m3. Länge und Breite der Platten liegen im Bereich zwischen 50 und 200 cm. Die Dicke der Platten liegt im Bereich zwischen 30 und 200 mm. Aus diesen Platten lassen sich in einem weiteren Verarbeitungsschritt z. B. auch 2-oder 3-Schicht Platten herstellen, die mechanisch sehr belastbar sind.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 : ein Blockschema eines Verfahrensablaufs gemäss der Erfindung ; und Figur 2 : eine Vorrichtung zur Herstellung von Platten gemäss der Erfindung.

Wege zur Ausführung der Erfindung Bereitstellung und Aufbereitung der Fasern Die Bereitstellung und Aufbereitung der Fasern erfolgt gemäss dem nachfolgenden Vorgehen (vgl. dazu Fig. 1). Die spezifischen Angaben beziehen sich auf die geprüften Rohstoffe Frischgras, Grassilage und Maissilage.

Der Rohstoff wird in einen gerührten Vorlagetank zudosiert und zu einer Suspension von 0.5-2% (Frischgras, Grassilage) bzw. 3-7% Trockensubstanz (Maissilage) aufbereitet. Diese Suspension wird einem Entstipper zugeführt. Entstipper werden in der Faserindustrie vielerorts zur Auflösung von Faserknoten eingesetzt.

Nach 1-oder mehrmaligem Durchgang durch einen Entstipper ist der Rohstoff bei einer Faserlänge von 5-50 mm genügend gut vereinzelt. In Fig. 1 sind zur Veranschaulichung dieser Situation 2 in Serie geschaltete Entstipper dargestellt. Nach erfolgter Faservereinzelung werden die Fasern aus der Suspension entnommen und mechanisch auf einen Trockensubstanzgehalt von 30-50% entwässert. Die Flüssigphase wird teilweise als Prozesswasser wieder verwendet und teilweise einer weiteren Nutzung zugeführt (z. B. Biogas-oder Ethanolgewinnung, Futtermittel).

Die entwässerten Faserklumpen werden durch eine geeignete Vorrichtung (z. B. Schlagmühle, Karde, oder eine Kombination davon) aufgelöst.

Alternativ kann die Zerfaserung auch durch ein anderes in der Literatur beschriebenes Verfahren erfolgen. Die Wahl eines anderen Verfahrens kann sich aufdrängen, wenn der Rohstoff weitergehend lignifiziert ist und durch ein rein mechanisches Aufschlussverfahren keine befriedigende Zerfaserung zu erreichen ist.

Eine Möglichkeit zur Ausführung des Verfahrens liegt in der Bereitstellung und Weiterverarbeitung einer Mischung von Fasern verschiedener Herkunft. Zur Zumischung zu den erfindungsgemäss hergestellten Fasern grundsätzlich geeignet sind z. B. Holzfasern, andere Fasern landwirtschaftlicher Herkunft (z. B. Flachsfasern, Hanffasern, andere) oder andere Materialien, die zur Dämmstoffherstellung verwendet werden.

Die weitere Bearbeitung der Fasern und Herstellung von Faserplatten ist der Hauptgegenstand der Erfindung.

Weitere Bearbeitung der Fasern und Herstellung von Faserplatten Im Anschluss an die Auflösung der Faserklumpen erfolgt (sofern benötigt) die Zudosierung von Additiven, welche als trockenes Pulver in das feuchte Fasermaterial eingemischt werden und dort unmittelbar und bleibend stabil haften. Als Additive kommen Substanzen in Frage, die eine flammhemmende oder eine das Pilzwachstum unterdrückende Wirkung entfalten. Im weiteren kann es sich um Substanzen handeln, die der Platte eine spezifische Ausprägung geben, z. B.

Zuschlagstoffe, welche die Festigkeit der Platten erhöhen und somit weitere Anwendungs- möglichkeit eröffnen können. In Frage kommen insbesondere Lehmpulver, Gips, borhaltige Flamrnhemmer, Kunstfasern, Na-Nitrit, Zellulose-Derivate, Stärke und daraus hergestellte Kleber, und andere.

Grundlage der Plattenherstellung aus den vereinzelten, von Knoten befreiten und mit Additiven ausgerüsteten Fasern ist die in der Fachwelt bekannte Tatsache, dass bei der Trocknung von Zellulosefasern Wasserstoff-Brücken ausgebildet werden, die eine klebende Wirkung entfalten.

Dieser Effekt wird z. B. bei der Herstellung von Papier genutzt. Entscheidend für die vorliegende Erfindung ist die Beobachtung, dass die klebende Wirkung von vereinzelten, aufgereinigten Grasfasern stark temperaturabhängig ist. Dabei ist jedoch nicht die Trocknungstemperatur massgebend, sondern die Temperatur im Feuchtzustand. Werden die Fasern im Faserbett mit Dampf auf über 70-80°C erhitzt, so sind nach der Trocknung die naturgegebenen Faser-Faser Bindungskräfte wesentlich höher als ohne Dampfbehandlung. Diese Erkenntnis wurde mit der folgenden Apparatur (vgl. Fig. 2) verifiziert und zur Herstellung von Faserplatten genutzt : Ein Rahmen 1 mit den gewünschten Dimensionen Länge und Breite wird mit einer im voraus bestimmten Masse an feuchten, aufgeschlossenen Fasern gleichmässig gefüllt, wodurch ein Faserbett 2 entsteht. Der Rahmen hat keinen Boden, sodass das Faserbett 2 direkt auf ein unter dem Rahmen liegendes luftdurchlässiges Stützmittel 3 zu liegen kommt. Ueber dem Rahmen 1 ist eine Pressplatte 4 so installiert, dass sie in den Rahmen 1 eingesenkt werden kann. Die Pressplatte 4 ist ausgerüstet mit : einer Verbindung 5 zur Zuleitung von Dampf einer Verbindung 6 zur Zuleitung von Trocknungsluft eingesenkten Düsen 7, welche über die gesamte Auflagefläche der Platte 4 gleichmässig verteilt sind und mit der Zuleitung von Dampf sowie Trocknungsluft in einer hier nicht näher definierten Verbindung bzw. Verteilleitungen stehen einer Pressvorrichtung 8, über welche das Faserbett 2 komprimiert und so auf die gewünschte Plattendicke x verdichtet wird.

Unter dem Lochblech 3 befindet sich eine Kammer 9, mit welcher ein Luftabzug-Gebläse 10 verbunden ist.

Sonden für Druck-, Temperatur-und Durchflussmessung sind für einen gezielten Einsatz der Vorrichtung nützlich, werden in Fig. 2 jedoch nicht dargestellt.

Die Pressplatte 4 kann spezifisch so ausgestaltet sein, dass der Dampf vor Einleitung getrocknet und so die Bildung von Kondensat verhindert wird. Die Verhinderung von Kondensatbildung ist wünschenswert, weil der Feuchtigkeitsgehalt der Platte zur Erleichterung der nachfolgenden Trocknung nicht unnötig erhöht werden soll.

Im weiteren hat sich gezeigt, dass die Bedampfung der Fasern unter gleichzeitiger Zuleitung von Heissluft erfolgen kann. Dadurch wird das Fasermaterial rascher erhitzt und die Bildung von Kondensat wird reduziert oder ganz verhindert.

Das Material für die das Produkt berührenden Teile muss so gewählt sein, dass im Trocknungsverlauf keine Anbackungen erfolgen und die Platten leicht aus dem Rahmen entnommen werden können. Zwischen dem Faserbett 2 und dem Lochblech 3 kann zur Verhinderung von Anbackungen ein Gewebetuch eingelegt werden.

Bei Betrieb der Apparatur wird zunächst die Pressplatte 4 über die Pressvorrichtung 8 auf die gewünschte Plattendicke x eingestellt. Anschliessend wird über die Dampfzuleitung 5 Dampf in und durch das Faserbett geblasen und das Luft-bzw. Dampfabzug-Gebläse 10 angestellt. Das Faserbett erhitzt sich dadurch, ohne bereits auszutrocknen. Ist die geforderte Temperatur erreicht und mit der Dampf-Zuleitung auch der gewünschte Trocknungseffekt erzielt worden, wird die Dampfzuleitung beendet. Die Fasern sind jetzt weicher und nachgiebiger geworden, sodass das Faserbett 2 mit geringem Pressdruck optional weiter verdichtet werden kann. Anschliessend wird die Trocknungsluftzuleitung 6 geöffnet. Dadurch wird der Trocknungszyklus eingeleitet. Nach Abschluss der Trocknung wird die Pressplatte 4 zurückgefahren und die jetzt stabile Faserplatte aus dem Rahmen 1 entnommen.

Fig. 1 ist selbstverständlich nur eine schematische Wiedergabe der erfindungsgemässen Einrichtungen und Abläufe. Zum Beispiel kann die Trocknung mit Luft bei ausreichender Bedampfung und genügendem Feuchtigkeitsabzug hinfällig werden. Medienzuleitung und Medienableitung können genauso gut umgekehrt realisiert werden wie in Fig. 1 dargestellt (d. h.

Zuleitung von Dampf und Luft von unten). Ebenso gut können die Verfahrensschritte "Bedampfung"und"Trocknung"in zwei getrennten Apparaturen erfolgen, wobei die Trocknung z. B. auch durch den Einsatz von Mikrowellen unterstützt werden kann. Für Anwendungen mit grossem Durchsatz kann das obige Prinzip auch als kontinuierliche Plattenstrasse umgesetzt werden.

Erzielte Resultate Mit dem oben beschriebenen Verfahren wurden Dämmplatten der folgenden Typen hergestellt : Rohstoff Dichte (kg/m3) Additive Bedampfung Bruchfestigkeit Frischgras 72 nein nein nicht genügend 101 ja nein nicht genügend 76 nein ja gut 89 nein ja gut 108 ja ja sehr gut 156 ja ja sehr gut Grassilage 54 ja ja gut 90 ja ja sehr gut 120 ja ja sehr gut Maissilage 181 wenig nein schlecht 252 viel nein schlecht 175 wenig ja genügend 234 wenig ja gut Zuckerhirse 152 ja nein ungenügend 152 ja ja gut Bei erhöhter Zugabe von mineralischen Zuschlagstoffen (z. B. Lehmpulver, Gips, andere) können auch sehr belastbare, poröse Platten mit höherer Dichte hergestellt werden.

Die Resultate zeigen sehr deutlich, dass die Bedampfung der qualitätsbestimmende Verfahrensschritt ist, und Bindemittel sowie Plattendichte nur einen nachgeordneten Einfluss auf die Bruchfestigkeit der Platten haben.

In den aus Maissilage hergestellten Fasern sind auch zu Feinpartikeln zerfallener Bast sowie Bruchstücke der Spindeln enthalten. Dieses Material ist v. a. wegen dieser Begleitstoffe in der vorliegenden Form zur Herstellung von leichten Dämmplatten deutlich weniger gut geeignet als Grasfäsern. Eine Trennung zu Feinmaterial, Fasern und Bruchstücken, z. B. mittels Luftstrom- Siebung, wird die Verwendbarkeit der Faserfraktion zur Plattenherstellung deutlich verbessern.

Bei den aus Zuckerhirse hergestellten Fasern ist durch die Mahlwirkung ebenfalls zerfallender Bast mit relativ geringem Korndurchmesser enthalten. Für die Nutzung dieser Fasern ist eine Trennung vom Bast angezeigt.

Die Erfindung weist die folgenden Vorteile auf : a) Mit dem beschriebenen Verfahren können Platten mit einer Dichte bis zu über 50 kg/m3 hergestellt werden. Diese Platten sind bezüglich Bruchfestigkeit und Druckbelastbarkeit mit Steinwolle ähnlicher Dichte vergleichbar. b) Das beschriebene Verfahren ist gut verträglich mit einigen der gebräuchlichen Additive, die zur Gewährleistung von Brandfestigkeit und Pilzresistenz eingesetzt werden. Es wurde festgestellt, dass diese Additive als Nebeneffekt zu einer weiteren Verbesserung der Plattenfestigkeit führen können. Das gewählte Verfahren zur Zudosierung funktioniert verlustfrei und führt zu guter Materialanbindung (keine Entmischung). c) Der Aufwand für die Trocknung der Platten mit Luft wird durch das beschriebene Verfahren deutlich reduziert. Diese Reduktion ergibt sich einerseits dadurch, dass bereits während der Bedampfung wasserdampf-gesättigte Luft sowie Kondensat aus der Platte abgezogen wird und der Feuchtigkeitsgehalt der Platte im Zuge der Bedampfung sinkt. Andererseits ergibt sich durch die Bedampfung eine Temperaturerhöhung von Fasermaterial und darin enthaltener Feuchtigkeit auf 80-100°C und damit eine Reduktion der zur Trocknung aufzuwendenden Verdampfungswärme. Es ist denkbar, dass nach der Bedampfung keine weitere Trocknung der Fasern mit Luft notwendig ist. d) Das beschriebene Verfahren kann im Chargenbetrieb oder im kontinuierlichen Betrieb umgesetzt werden. Der Chargenbetrieb (1 Platte = 1 Charge) eignet sich eher für dezentrale Kleinanlagen. Die Formgebung der Platten erfolgt im Gegensatz zum kontinuierlichen Betrieb vor der Ausprägung und Trocknung der Platte. Die Herstellungsaggregate sind kostengünstig und können bei steigender Produktnachfrage beliebig mit zusätzlichen Aggregaten ergänzt werden. Die Umsetzung des Verfahrens in einer kontinuierlich betriebenen Plattenstrasse ist vorteilhaft für grössere bis grosse Produktionskapazitäten. e) Das zur Zerfaserung beschriebene Verfahren führt bei Verarbeitung von geeigneten Rohstoffqualitäten zu guter Faservereinzelung, einem sehr geringen Anteil von Faserbruchstücken und einer für die Plattenherstellung optimalen Faserlänge von 15-30 mm.

Eine Zugabe von Chemikalien zur Verbesserung der Aufschliessbarkeit ist nicht notwendig.