Biokohle

Biokohle, auch Pflanzenkohle genannt, ist ein Produkt der thermischen Behandlung von Biomasse unter Luftabschluss. Dieses Produkt ist seit der Eisenzeit bekannt, da hier Biokohle in Form von Holzkohle in Kohlenmeilern hergestellt wurde.

Anwendung

Biokohle hat durch ihre Porosität die Eigenschaft, Stoffe und Mikroorganismen aufnehmen zu können. Der Grad der Porosität hat hier Einfluss auf das Anwendungsgebiet. Biokohle kann wie Aktivkohle als Filtermaterial genutzt werden, um Schadstoffe aus Abgasen oder Flüssigkeiten zu adsorbieren. Das Material kann mit Nährstoffen aufgeladen werden, die es über längere Zeiträume freigibt. Dies ist wichtig in der Landwirtschaft, um die Verluste von düngewirksamen Stoffen zu verringern. Die Pflanzenkohle kann auch mit Mikroorganismen beladen werden, um, je nach Mikroorganismus, verschiedenen Anwendungsgebieten zugeführt zu werden, z. B. als Zusatzstoff in Biogasanlagen, bei der Abwasserreinigung oder bei der Bodensanierung. Sie kann auch energetisch genutzt werden wie die klassische Holzkohle. Als Pellets kann sie z. B. in Heizungen verfeuert werden oder als Rohstoff zur Herstellung von Kohlenstofffasern und Kunststoffen dienen.

Herstellung

Biokohle kann über verschiedene Verfahren hergestellt werden: Torrefizierung, langsame Pyrolyse, schnelle Pyrolyse, HTC (Hydrothermale Carbonisierung), VTC (Vapothermale Carbonisierung) und der Flash Carbonization.

Die Torrefizierung wird für 10 bis 60 Minuten bei etwa 290 °C durchgeführt und führt zu einer Kohlenstoffausbeute (Kohlenstoffmasse des Produkts/Kohlenstoffmasse des Substrats) von 67 bis 85 Prozent, die Massenausbeute bezogen auf das Substrat beträgt 61 bis 84 Prozent. Der Kohlenstoffanteil am Endprodukt beträgt 51 bis 55 Prozent.

Die langsame Pyrolyse findet bei 400 °C statt und hat Verweilzeiten von Minuten bis zu mehreren Tagen. Die Kohlenstoffausbeute beträgt etwa 58 Prozent und die Massenausbeute beträgt etwa 30 Prozent. Der Kohlenstoffanteil am Endprodukt beträgt 95 Prozent.

Die schnelle Pyrolyse hat eine Temperatur von 500 °C und eine Verweilzeit von etwa einer Sekunde. Sie führt zu einer Kohlenstoffausbeute von nur 20 bis 26 Prozent bei einer Massenausbeute von 12 bis 26 Prozent. Der Kohlenstoffanteil liegt bei 74 Prozent.

Der HTC-Prozess findet bei 180 bis 250 °C statt und hat eine Verweilzeit von 1 bis 12 Stunden. Er benötigt einen Druck von etwa 20 bar und die Zugabe von Wasser. Es wird eine Kohlenstoffausbeute von 88 Prozent erreicht und eine Massenausbeute von unter 66 Prozent bei einem Kohlenstoffanteil von unter 70 Prozent.

Beim VPC-Prozess handelt es sich um eine Weiterentwicklung des HTC-Prozesses. Hier herrscht eine Dampfatmosphäre und Drücke von 16 bis 42 bar. Mit ihm ist es möglich auch sehr feuchte Substrate wie Bioabfall in Biokohle umzuwandeln.

Die Flash Carbonization findet zwischen 300 und 600 °C bei einer Verweilzeit von unter 30 Minuten statt. Die Kohlenstoffausbeute beträgt 65 Prozent. Die Massenausbeute beträgt 37 Prozent bei einem Kohlenstoffanteil von etwa 85 Prozent.

Die Produkte unterscheiden sich vor allem im Kohlenstoffanteil was ihre Eigenschaften beeinflusst, unter anderem auch die Dichte, Porosität und die spezifische Oberfläche. Dies bestimmt auch ihre Eignung für die oben geschilderten Anwendungen.

Ökologische Aspekte

Biokohle wurde bereits vor 2.500 Jahren als Bodenverbesserer genutzt. Aus ihrer Anwendung ergeben sich eine Vielzahl positiver Wirkungen wie ein erhöhtes Wasserspeichervermögen oder eine bessere Bodenbelüftung. Im Hinblick auf die Klimaerwärmung kann Biokohle auf zweierlei Wegen Treibhausgasemissionen einsparen. Der offensichtliche Weg ist ihre Bindung von Kohlenstoff über lange Zeiträume, also eine CO₂-Sequestrierung in Form einer Kohlenstoffsenke. Grund dafür ist ihre Stabilität über mehr als 1.000 Jahre, da der Kohlenstoff sehr rein ist und somit nur in geringem Umfang abgebaut wird. Der zweite Weg ist die angesprochene Wirkung in der Landwirtschaft. Über ihre Anwendung werden Düngemittelverluste verringert die im Falle der Stickstoffdüngung zu Lachgasemissionen führen. Da Lachgas ein sehr potentes Treibhausgas ist, könnten laut Modellrechnungen hier etwa 12 Prozent der anthropogenen Treibhausgasemissionen eingespart werden ohne Beeinflussung von Ernährungssicherheit, Biodiversität oder der Stabilität von Ökosystemen.

Synonym(e):

Pflanzenkohle

Englische Übersetzung(en):

biochar