Biokohle: Neues Verfahren soll schmutzige Kraftwerke sauber machen

Biokohle: Neues Verfahren soll schmutzige Kraftwerke sauber machen

von Wolfgang Kempkens

Ein Forscher will aus Pflanzenresten in einem Dampfkochtopf Kohle produzieren. Jetzt entsteht die erste Großanlage.

Derzeit suchen Ingenieure, Startups und Forscher weltweit nach Alternativen zu Kohlekraftwerken, die zwar massenhaft Energie liefern, dabei aber der Umwelt massiv schaden und den Klimawandel vorantreiben. Manche Forscher aber denken sich auch: Warum gleich das ganze Kraftwerk abschaffen, wenn sich doch der Brennstoff umweltfreundlich herstellen lässt?

Mit genau dieser Frage beschäftigt sich auch Markus Antonietti seit Jahren. Seine Antwort: Biokohle.

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Antonietti, Leiter des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam, hat ein Verfahren entwickelt, das sich Hydrothermale Carbonisierung (HTC) nennt. Damit lassen sich fast 100 Prozent des Kohlenstoffs retten, der in Pflanzen aller Art steckt. Ganz und gar unwissenschaftlich geriet die Max-Planck-Gesellschaft vor einigen Jahren ins Schwärmen, als sie entscheidende Fortschritte bei der technischen Umsetzung von HTC verkündete. „Zauberkohle aus dem Dampfkochtopf“ produziere Professor Antonietti, hieß es in einer Hochglanzbroschüre der Gesellschaft.

Jetzt steht die Inbetriebnahme einer zweiten großen HTC-Demonstrationsanlage unmittelbar bevor. Die Grenol Group, ein Anlagenbauer aus Ratingen bei Düsseldorf, hat sie in Kalkar am Niederrhein errichtet. Sie schluckt pro Jahr 3500 Tonnen Biomasse aller Art, die in 500 bis 700 Tonnen Kohle umgewandelt wird. Serienanlagen sollen künftig etwa dreimal so groß sein. Bei größerem Abfallaufkommen werden mehrere dieser Module an einem Standort installiert.

Vorbild ist die NaturDas Schweizer Unternehmen AVA-CO2 war vor drei Jahren Vorreiter, als es in Karlsruhe eine großtechnische Anlage (siehe Aufmacherbild) mit einer Jahreskapazität von 8400 Tonnen Biomasse in Betrieb nahm. An der Realisierung waren unter anderem Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie beteiligt.

Vorbild der Hydrothermalen Carbonisierung, was so viel heißt wie Umwandlung von Biomasse und Wasser bei erhöhter Temperatur und Überdruck zu Kohle, ist die Natur. Vor Jahrmillionen versanken bei Naturkatastrophen ganze Wälder.

Immer mehr Masse türmte sich darüber und presste Holz und Blätter zusammen, sodass sämtliches Zellwasser entwich. Gleichzeitig erhöhte sich die Temperatur.  Im Laufe der Zeit entstand aus der versunkenen Biomasse zuerst Torf, dann Braunkohle und schließlich Steinkohle.

Genau diesen Prozess ahmte der Potsdamer Professor Markus Antonietti nach. In einen Dampfkochtopf, ganz ähnlich dem Küchengerät, stopfte er nasse Biomasse und fügte Wasser hinzu. Um den nachfolgenden Prozess noch zu beschleunigen, schüttete er noch ein paar Spritzer Zitronensäure oder eine Prise Eisensalze hinein.

Steinkohle aus dem DampfkochtopfDann schraubte er den Deckel auf und erhitzte den Inhalt auf etwa 200 Grad Celsius.

Dabei bildete sich ein Druck von rund 20 bar. Nach zwei bis drei Stunden hatte sich die Biomasse in einen Bodenverbesserer  verwandelt, vergleichbar dem Humus. Nach drei bis sieben Stunden schwammen Braunkohlekörnchen im Wasser, und nach zwölf Stunden war Steinkohle daraus geworden.

Lediglich beim Start muss der Kochtopfinhalt von Außen erhitzt werden. Dann entsteht beim Umwandlungsprozess genügend Wärme für die gesamte Dauer des Prozesses.

Mit einem Dampfkochtopf, der alle paar Stunden entleert und wieder befüllt werden muss, konnte der Anlagenbauer Grenol aber keinen Staat machen. Also entwickelten die Ratinger einen Reaktor, der an der einen Seite kontinuierlich mit Biomasse beschickt wird. An der anderen Seite wird das fertige Produkt, ebenfalls kontinuierlich, abgezogen und in Torf, beziehungsweise Kohle, und Wasser getrennt.

Die Kohle können Kraftwerk CO2-neutral verbrennen, das Wasser, das wertvolle Bodenverbesserer wie Mineralien enthält, verwenden Bauern als Dünger für die Felder. Humus und Dünger können sogar genutzt werden, um karge Regionen wie Wüsten wieder ergrünen zu lassen.

Als Rohstoff eignet sich organisches Material aller Art: Grünschnitt, wie er bei der Randpflege von Straßen anfällt, Reste von Trauben und anderen Früchten, die bei der Wein- und Saftherstellung übrig bleiben, Hopfen- und Gerstereste aus Brauereien, Klärschlamm, Stroh, abgelaufene Nahrungsmittel und Essensreste aus Restaurants. Im Gegensatz zu anderen Techniken muss das Rohmaterial  nicht getrocknet werden, was wertvolle Energie spart.

Die HTC-Experten des Karlsruher Instituts für Technologie stellten Modellrechnungen an, um die Relevanz des Verfahrens für den Klimaschutz abschätzen zu können. Wenn nur 20 Prozent des Strohs, das pro Jahr in Deutschland anfällt, per HTC in Torf und Kohle umgewandelt, würden rund 15 Millionen Tonnen CO2 eingespart, so das Ergebnis. Das sind fast zwei Prozent der deutschen Emissionen. Das Gesamtpotenzial liegt weitaus höher, weil sämtliche Bioabfälle in dem Verfahren nutzbar sind.

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