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Eine grandiose Idee aus dem Bereich der Bioenergie mit magischer Anziehungskraft. Was wäre, wenn es eine Verfahrenstechnik gäbe, mit der vergleichweise einfach der nachwachsende Rohstoff Biomasse in eine beliebige Form umgewandelt und die geomorphologische Wirkung von vielen Jahrtausenden durch wenige Stunden ersetzt werden könnte?

Biokohle Hydrothermale Karbonisierung HTC Pyrolyse biocoal

Die Kohleförderung in einer Mine ist trotz des „Schaufel-Guitarrespielers“ auf dem Foto sicher kein allzugroßes Vergnügen gewesen. Die Gewinnung von Kohle bekommt nun eine attraktivere Alternative. Der Direktor des Max-Planck Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung (Potsdam), Markus Antonietti, hat auf einen Artikel im Magazin MaxPlanckForschung (2/2006) über 1000 Rückfragen aus der ganzen Welt bekommen und war selbst sehr überrascht über dieses überwältigende Feedback (siehe auch Artikel HTC in Berlin-Brandenburg).

In dem Artikel ging es um ein von ihm und seinem Team beschriebenes Verfahren namens „Hydrothermale Karbonisierung“ (HTC). Das Verfahren ist mittlerweile über ein halbes Jahrzehnt bekannt. Der Prozess selbst ist aber noch viel älter („Verkohlung„). Eine genaue Untersuchung und Überlegungen für eine großtechnische Nutzung werden aber erst jetzt wieder zunehmend interessant. Und das scheinbar so Einfache, mit großer Wirkung, ist tatsächlich sehr anziehend.

Was ist so revolutionär an der Hydrothermalen Karbonisierung und was macht die Idee so faszinierend?

Die Verfahrenstechnik sieht vereinfacht beschrieben folgendermaßen aus. Es wird Biomasse in einen Druckbehälter gegeben und ein Katalysator zur Reaktionsbeschleunigung hinzugefügt. Der Behälter wird luftdicht verschlossen und ordentlich mit Wärmeenergie (180°C)  erhitzt. Den Rest übernimmt die Zeit, was bedeutet, dass ca. 12 Stunden gewartet wird. Im Behälter entsteht durch diese Behandlung der Auskochung eine Art Kohlestaub und Wasser. Nach einer Trockung erhält man reinen Kohlestaub. In diesem Artikel finden Sie weitere Angaben zur Herstellung von Biokohle durch HTC, Pyrolyse oder Torrefizierung

Vergasung Pyrolyse Gasification Torrefaction Kohle biochar

Es ist somit nicht eine Art der Energieerzeugung, sondern eher ein Prozess um organische Substanz aufzubereiten. In gewisser Hinsicht eine Veredelung von Biomasse in eine bestimmte molekulare Struktur. Besonders spannend ist, dass durch das leichte Verändern der Rahmenbedingungen (Dauer der Kochung und Höhe der Temperatur) unterschiedliche Produkte erzeugt werden können. So kann durch das Variieren der Kochzeit entweder Humus, Torf, Braunkohle oder auch eine Art von Erdöl hergestellt werden.

Vielleicht ist die Umwandlung der Hydrothermalen Karbonisierung nicht ganz so faszinierend, wie die Möglichkeit Wasser zu Wein oder Stein in Gold zu verwandeln, aber die Aushebelung oder Überlistung der Zeit, hat etwas Magisches. Der Prozess ist eine Art von „Erdgeschichte im Zeitraffer“.

Nach Ansicht von  Marcus Antonietti ist die effektivste Nutzung des Kohlepulvers auch nicht die anschließende Verbrennung, sondern die Verstromung in einer Kohlenstoff-Brennstoffzelle. An der Harvard University gibt es dazu eine Pilotanlage mit einem elektrischen Wirkungsgrad von 60%. Außerdem sollten für den Prozess der HTC nur Abfallstoffe genommen werden und keine hochwertige Biomasse die auch als Nahrungsmittel verwendet werden könnten.

Kritische Auseinandersetzung mit dem Prozess

Ich möchte mich nicht hinstellen und an Hand von Ferndiagnosen irgendwelche Spekulationen zur Verfahrenstechnik aufstellen, aber natürlich stellen sich einem neugierigem Leser an dieser Stelle einige Fragen zum Verfahren der Hydrothermalen Karbonisierung.

  • Die naheliegendste Frage ist in meinen Augen die Frage nach der Energiebilanz? Wenn der Druckbehälter 12 Stunden lang auf 180°C erhitzt werden muss (inklusive Katalysatoren), ohne dass Energie produziert und auch keine exotherme Reaktion ausgelöst wird, wie kann dabei eine gute Gesamtenergieausbeute beim anschließenden Nutzen des Kohlestaubs stattfinden? Liefert der hergestellte Kohlestaub genügend Energie, dass sich die vorherige energetische aufwendige Aufbereitung und Trocknung lohnt? Vielleicht könnten die benötigten Wärmemengen aus der stetig steigenden Verbreitung von KWK Anlagen genutzt werden, um den Prozess ablaufen zu lassen. In naher Zukunft werden große Mengen Wärme anfallen (z.B. aus BHKWs), für welche nicht immer  (gerade im Sommer) genügend Nutzungsmöglichkeiten vorhanden sind. Trotzdem müsste die benötigte Wärmemenge in der Energiebilanz berücksichtigt werden.
  • Was genau oder wie groß ist der Unterschied zwischen der Hydrothermalen Karbonisierung und der Pyrolyse (Biomasse-Vergasung)? Unterscheiden sich beide hauptsächlich in ihren Rahmenbedingungen (höhere Temperatur und höhere Drücke bei der Pyrolyse) oder gibt es grundsätzlichere Unterschiede? Die entstehenden Produkte der Verfahren scheinen sich zu ähneln (Synthesegas, Kohle). Besonders die indirekte Pyrolyse unter Sauerstoffabschluss und die Hydrothermale Karbonisierung hören sich für mich nach dem  gleichen Verfahren unter anderer Flagge an.

Trotz meiner skeptischen oder zumindest kritischen Einstellung freut mich die neue (neu entwickelte) Verfahrenstechnik sehr und ich drücke die Daumen für die Weiterentwicklung der Hydrothermalen Karbonisierung.