An der Hochschule Ruhr West erforschen seit kurzem Wissenschaftler, wie aus Gras, Grünschnitt oder Gartenabfällen "Bio-Kohle" herzustellen ist. Durch die Vapothermale Carbonisierung (VTC) empfinden Prof. Dr. Marcus Rehm, Institutsleiter Energiesysteme und Energiewirtschaft an der HRW und seine wissenschaftlichen Mitarbeiter Anke Spantig und Julian Schwark den Ablauf der Kohleentstehung technisch nach. In weniger als vier Stunden wird dabei im Reaktor aus Biomasse durch Druck- und Temperaturänderung Bio-Kohle.
Zur Herstellung von Kohle wird die so genannte Hydrothermale Carbonisierung eingesetzt. Die Vapothermale Carbonisierung (VTC) ist eine Weiterentwicklung bei der Kohle statt im Wasserbad in einer Dampfatmosphäre produziert wird. Dies hat den Vorteil, dass die Reaktionsbedingungen besser beherrschbar sind. Darüber hinaus ist das VTC-Verfahren kostengünstiger, da es schneller und energieeffizienter durchgeführt werden kann. In Zusammenarbeit mit der Firma Revatec GmbH wurde bewiesen, dass die Carbonisierung mit Wasserdampf auch im industriellen Maßstab funktioniert. Der Vorteil ist, dass Bio-Kohle eine bessere thermische Verwertung als der eingesetzte Bioabfall aufweist, kann somit also besser verbrannt und zusätzlich auch als Bodenhilfsstoff verwendet werden.
"Unsere Forschung beweist: Unter bestimmten Voraussetzungen ist Bio-Kohle ein sinnvoller Brennstoff", erklärt Prof. Dr. Markus Rehm, Institutsleiter Energiesysteme Energiewirtschaft an der HRW. "Darüber hinaus kann Bio-Kohle dafür geeignet sein, die Eigenschaften von Böden zu verbessern. Auch hier haben wir bereits interessante Forschungserkenntnisse gewonnen. Durch den Inkohlungsvorgang kann die Kohle kurzfristige C02-Emissionen verhindern und die Bioaktivität stimulieren sowie bei biochemischen Vorgängen helfen, den Boden dauerhaft fruchtbarer zu machen und das Wachstum von Pflanzen zu steigern. Hierdurch kann es gelingen, aus Biomasse, die bisher ungenutzt ihren Kohlenstoff in Form von CO2 beim Prozess des Verrottens an die Atmosphäre abgibt, nutzbar und gewinnbringend in den Boden einzubringen, so Prof. Rehm weiter.
Bei der Vapothermalen Carbonisierung (VTC) handelt es sich um einen exothermen Prozess der chemisch-physikalischen Umwandlung von Biomasse zu einem Brennstoff (Biokohle) ähnlich der Braun- und Steinkohle. Das Verfahren ist eine Weiterentwicklung der hydrothermalen Carbonisierung (HTC) bei dem die Umwandlung der Biomasse in Kohle anstatt in einem Wasserbad in einer Dampfatmosphäre erfolgt. Die Temperaturen, die dafür benötigt werden, liegen bei 180 bis 250 Grad Celsius. Der aufgewendete Druck liegt bei 16 bis 42 bar. Wird bei der Carbonisierung Dampf anstelle von Wasser verwendet, ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Energieeffizienz, der Verfahrensführung und der Taktzeiten der Anlage. Die so entstehende Bio-Kohle hat im Vergleich zur vorher eingesetzten Biomasse bessere Eigenschaften hinsichtlich der thermischen Verwertung, also der Brenneigenschaften. Durch hydrolytische und polymerisierende Prozesse wird die Biomasse in einen Energieträger mit hoher Energiedichte überführt. Prinzipiell können alle organischen Materialien in Kohle umgewandelt werden. Die Spanne verwertbarer Materialien (Edukte) reicht dabei von Baumrinde und Baumabfällen aus der Forstwirtschaft über Grünabfälle bis hin zu separierten Gärresten, Landschaftspflegematerial, Bio- beziehungsweise Haus- und Industrieabfällen.
Die Vapothermale Carbonisierung ist besonders dazu geeignet, Stoffe zu verwerten, die momentan noch keinen Nutzen bringen. Hierbei können auch anfallende Reststoffe aus der Ernte von Nahrungsmitteln verwendet werden. Weiterhin ergeben sich positive Effekte im Bereich der effizienten Verwendung von Ressourcen und der Verringerung von CO2-Emissionen. Das gesamte Biomassepotenzial in Deutschland wird auf ca. 8 – 12 Mio. t FS/a geschätzt.
Die Konversionstechnologie VTC steht nicht direkt in Konkurrenz mit anderen Verfahren, wie beispielsweise der Biogas- oder Pyrolysetechnik, sondern ist als Erweiterung des Angebots zur Gewinnung von CO2-neutraler Energie zu sehen. Eine Abgrenzung zu anderen Verfahren erfolgt nach ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten, wie z.B. der Wirtschaftlichkeit einer Anlage, dem Nährstoffkreislauf im Zusammenhang mit den sinkenden Reserven an Phosphor im Boden sowie der spezifischen Zusammensetzung der Edukte und dem damit verbundenen Wirkungsgrad der jeweiligen Konversionstechnologie.
