Kohlenstoff Einlagerung durch Pyrolyse – Eine Chance für unsere Umwelt

Verbrennung von Kohlenwasserstoffen

Bei der Verbrennung von Kohlenstoffhaltigen Brennstoffen, wie z.B. Braunkohle, Erdgas oder Holz, verbrennt der Kohlenstoff normalerweise zu CO2 (Kohlenstoffdioxid). Dieses Gas ist für die Klimaerwärmung mit verantwortlich. Der Wasserstoffanteil des Brennstoffes verbrennt zu H2O, also Wasser, welches als Gas völlig unbedenklich ist. Bei beiden Arten der Verbrennung (C –> CO2 und H –> H2O) wird Energie frei. Chemiker sprechen von exothermen Reaktionen. Diese Energie nutzen wir, z.B. als Heizwärme oder zur Stromerzeugung.

Beispiel für die Verbrennung von Methan (Hauptbestandteil von Erdgas) [2]
[1] Pyrolyse: Trennung von Kohlenstoff und Wasserstoff
Wenn man es nun schaffen würde, bei der Verbrennung ausschließlich den Wasserstoff verbrennen zu lassen, nicht aber den Kohlenstoff, dann hat dies zur Folge, dass zwar etwas weniger Energie insgesamt frei wird, dafür aber kein CO2 in die Atmosphäre entweicht und dort zum Treibhauseffekt beiträgt. Bei der Verbrennung würde nur Wasserdampf entstehen und der Kohlenstoff als Feststoff zurück bleiben. Dies ist dann möglich, wenn die Stoffe, also der Kohlenstoff und der Wasserstoff getrennt werden, ohne dass sie dabei verbrennen, also oxidieren. Ein Verfahren hierzu ist die Pyrolyse. Mit Hilfe der Pyrolyse kann eine Kohlenstoff Einlagerung stattfinden und damit aktiv etwas gegen den Klimawandel getan werden.

Vorbildliche Nutzung der Pyrolyse in Buchen

Im kleinen Örtchen Buchen, zwischen Heilbronn und Würzburg, wird das Verfahren der Pyrolyse vorbildlich genutzt und in die vorhandenen Wirtschaftskreisläufe eingebunden. Betreiber der Anlage vom Hersteller Pyreg [3] ist die AWN (Abfallwirtschaft Neckar-Odenwald-Kreis). Die Anlage nutzt biologische Restabfälle. Aus diesen wird Wärme und Pflanzenkohle erzeugt. Die Pflanzenkohle wird dann in der Landwirtschaft weiter verwendet oder als Terra Preta veredelt. Die Wärme wird zur Trocknung von Holz eingesetzt.

1 Hackschnitzel

Die Hackschnitzel stammen aus unterschiedlichen Quellen. Es handelt sich um Resthölzer und Abfälle, die nicht mehr weiter verarbeitet werden können. Für die Pyrolyse werden Hackschnitzel mit einem Kohlenstoffgehalt von ca. 80% bevorzugt. Würde man das Holz wie gewöhnlich verbrennen, z.B. in einem Heizkessel, würde der gesamte Kohlenstoff als CO2 entweichen.

Man könnte auch das Holz lagern, um den Kohlenstoff zu binden, doch dann würde man die Heizleistung gar nicht nutzen. Weiterhin würde das Holz mit der Zeit durch Bakterien, Würmer und andere Mikroorganismen mit der Zeit zersetzt werden, wodurch CO2 ebenfalls frei wird. Das Lagern von Holz verbraucht zudem mehr Platz, als das Lagern von festem Kohlenstoff.

2 Pyrolyse

Bei der Pyrolyse wird Kohlenstoff und Wasserstoff getrennt und der Wasserstoff zu H2O verbrannt. Die Trennung wird sauerstoffarm und bei niedrigen Temperaturen ausgeführt, so dass der Kohlenstoff nicht verbrennt. Es gibt unterschiedliche Verfahren und Hersteller hierzu, die AWN hat bei dem Vorhaben auf den Deutschen Hersteller Pyreg [3] gesetzt.

Das Eingangsmaterial ist in diesem Fall Hackschnitzel. Für die Pyrolyse können jedoch auch andere, biologische Stoffe wie z.B. Klärschlamm eingesetzt werden.

Die Ausgangsmaterialien sind Pflanzenkohle und Wärme. Die Pflanzenkohle ist die feste Form des Kohlenstoffs. Wärme wird bei der Verbrennung der Wasserstoffanteile vom Holz frei.

3 Pflanzenkohle

Der Kohlenstoff aus dem Holz wird schlussendlich als Pflanzenkohle fest gebunden. In dieser Form kann er nicht mehr in die Atmosphäre entweichen. Die Pflanzenkohle kann für mehrere Zwecke verwendet werden:

  • In der Landwirtschaft als Beimischung zum Kot und Dünger
  • Herstellung von Terra Preta
  • Herstellung von hochwertiger Aktivkohle (z.B. für Filter)

4 Abwärmenutzung

Die bei der Verbrennung entstehende Wärme kann und sollte auch genutzt werden. Die Anlage in Buchen ist EBC zertifiziert (European Biochar Zertificate [5]). Die Zertifizierung fordert, dass ein Teil der Abwärme genutzt werden muss! In Buchen setzt man auf die Trocknung von Holz.

Die Abwärme wird über Wärmetauscher zuerst auf ein Warmwasser System übertragen (ca. 70°C Vorlauftemperatur). Das Warmwasser könnte auch für Heizzwecke genutzt werden. Hier in Buchen wird über einen weiteren Wärmetauscher warme Luft erzeugt, die dann das Holz wesentlich schneller trocknet, als es beim reinen Liegen lassen passieren würde.

In 2 Tagen können so 60m³ Holz mit einem Wassergehalt von 50% auf 25% Restwassergehalt getrocknet werden. Das Holz ist so wesentlich wertvoller und verbrennt auch deutlich besser.

5 Trockenes Holz

Ein Teil des getrockneten Holzes wird direkt für die Pyrolyse weiter verwendet. Der restliche Teil kann zur Weiterverarbeitung, in der Produktion oder auch zum Heizen für private Haushalte genommen werden. Es ließen sich so theoretisch auch andere Stoffe trocknen. Die Hauptarbeit ist die Logistik und der Transport der Stoffe zur Trocknungsanlage. Hier bietet die ländliche Region mit viel Holzverarbeitung gute Voraussetzungen.

Zahlen, Daten, Fakten

Die AWN in Buchen verarbeitet ca. 600..1.000 Tonnen Hackschnitzel pro Jahr. Ein Drittel davon (~200-300 Tonnen) wird zu Pflanzenkohle. Der Rest vom Holz wird verbrannt. Das im Holz gespeicherte Wasser verdunstet.

Bei der Verbrennung entstehen ca. 100..130 kW Wärme, die für die Trocknung verwendet wird. Das Wasser hat dabei eine Vorlauftemperatur von ca. 70°C.

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