Biokohle – ein energiereicher Holzdiamant als besonderer Schatz der Biomasse-Branche

Biokohle, Suncoal oder Terra Preta sind einige der Bezeichnungen für die in Hochgeschwindigkeit künstlich hergestellte Kohle aus Biomasse. Das Nützliche und Schöne an der Bioenergie ist, dass sie bezogen auf ihre Ökobilanz weitgehend CO₂-neutral ist und somit nicht zur Beschleunigung des Klimawandels beiträgt. Das gilt aber nur dann, wenn die Biomasse möglichst nahe an ihrem Wachstums- und Ernteort (dezentral) in thermische und elektrische Energie umgewandelt wird. Nur so kann garantiert werden, dass der hohe Wassergehalt der Biomasse nicht energieintensiv über weite Strecken transportiert werden muss. Biokohle kann diesen Transportradius erweitern und somit der Bioenergie aus fester Biomasse ein größeres Einsatzfeld erschließen.

Herstellung von Biokohle

Für den Herstellungsprozess der Biokohle wird auf Verfahrenstechniken zurückgegriffen, die genauso geheimnisvoll klingen wie das Endprodukt selbst. So sind die Hydrothermale Karbonisierung (HTC), die Pyrolyse oder Torrefizierung einige der Bezeichnungen für die Verfahren die mit hohen Drücken und hohen Temperaturen aus Biomasse die Biokohle hergestellten.

Nähere Angaben zu der Verfahrenstechnik der Verkohlung und den entstehenden Produkten gibt es im Artikel „HTC – ein magischer Weg zur Bioenergie“.

Vorteile der Biokohle gegenüber klassischen Bioenergieträgern

Biokohle gehört zu den aufbereiteten, festen Bioenergieträgern und ergänzt somit die gasförmigen (Biogas, Biomethan) und flüssigen (Biodiesel, Bioethanol, Pflanzenöle etc.) Varianten. Eines der großen Anwendungsprobleme der festen Bioenergieträger wie Scheitholz, Hackschnitzel oder Stroh ist der vergleichsweise hohe Wassergehalt oder die geringe Schüttdichte dieser relativ unverarbeiteten Biomasse.

Verglichen mit fossilen Energieträgern ist der Energiegehalt pro Gewichtseinheit Biomasse deshalb relativ gering und der weite Transport von fester Biomasse weder ökonomisch rentabel noch ökologisch erstrebenswert.

Folgende Vorteile bietet die energetische Nutzung von Biokohle

1. Durch die Verkohlung bei hohen Temperaturen und hohen Drücken verflüchtigen sich die weniger kalorischen Anteile der frischen Biomasse, wodurch die Energiedichte des entstehenden Pulvers deutlich höher ist.

2. Verschiedene Arten von Biomasse-Strömen (Holz, Stroh etc.) können in den Torrefizierungsprozess eingebracht und zu Biokohle-Pulver homogenisiert werden.

3. Die Nutzung des Biokohle-Pulvers zum Co-Firing in bestehende fossile Kraftwerke ist möglich. Die Biokohle kann z.B. ohne größeren verfahrenstechnischen Aufwand zum Kohlestaub hinzugefügt werden.

4. Auch eine anschließende Weiterverarbeitung (Pressen zu Briketts) wird durch die entstandene Pulverform deutlich erleichtert und dadurch die Handhabung dieser Form der Bioenergie verbessert.

Leider habe ich bisher keine Angaben zum Energiegehalt der Biokohle gefunden, weshalb der sicher sehr interessante Vergleich der Energieträger Holz, Holzpellets und Biokohle nicht möglich war. Dieser wird hoffentlich ein anderes Mal nachgereicht werden können!

Künstliche „Terra Preta“ (Biochar) als Bodenverbesserer

Aber es gibt auch andere Anwendungsmöglichkeiten für Biokohle. In der Grafik kann man erkennen, dass neben der energetischen Nutzung noch weitere Eigenschaften der Biokohle ein großes Potential zeigen.

So kann die hohe Speicherfähigkeit für Nährstoffe und Wasser genutzt werden, welche die Biokohle aufweist. Die Auswaschung dieser für eine Pflanze so wichtigen Wachstumsfaktoren kann durch die Strukturverbesserung der Biokohle deutlich verzögert werden. Diese bemerkenswerte Speicherfähigkeit wurde zuvor bei einer Schwarzerde Brasiliens beobachtet, welche ebenfalls einen hohen Holzkohleanteil aufweist und mit dem Namen „Terra Preta“  bezeichnet wurde. Ziel dieser weiteren Biokohle-Anwendung ist somit die Verbesserung der Bodenqualität durch das künstliche Einmischen der Biokohle.

Biochar als Kohlenstoffsenke und Klimaschützer

Ein positiver Nebeneffekt ist dabei die Tatsache, dass Biokohle biologisch nur sehr langsam abgebaut wird und die in den Boden eingemischte Biokohle deshalb auch als Kohlenstoffdioxid-Senke wirkt. So kann der Einsatz von Biokohle auf mehreren Wegen dazu führen, dass der Klimawandel verlangsamt wird:

• Verwendung von CO2-neutraler und transportfähiger Bioenergie
• Speicherung von Kohlenstoffdioxid als CO2-Senke
• Effektiverer Anbau von nachwachsender Rohstoffen

Weltweit gibt es mehrere Forschungsinstitute, die sich mit der Herstellung und den Anwendungsmöglichkeiten von Biokohle beschäftigen. In einem älteren Artikel habe ich schon über die Aktivitäten zur Biokohle-Erforschung in Berlin-Brandenburg geschrieben (siehe Artikel).

Aber auch an anderen Forschungsinstituten weltweit setzt man sich intensiv mit der Biokohle auseinander. So gibt es beispielsweise Projekte an der Justus-Liebig-Universität in Gießen, am Institut für Zuckerrübenforschung in Göttingen oder auch am Departement für „Crop and Soil Sciences“ an der Cornell University im US-Bundesstaat New York.

Kritischer Aspekt zum Thema Biokohle (biochar)

Die Herstellungsverfahren der Biokohle sind faszinierend, aber einige Fragen stellen sich doch. Kritische Argumente bezüglich der Suncoal entstehen meist während kritischer Überlegungen zur Energiebilanz des Verfahrens.

Denn obwohl das eingebrachte Holz oder andere Biomassen durch die Aufkonzentration der Energiedichte zu einem ökologisch sehr transportfähigen Energieträger werden, stellt sich die Frage nach den Energieverlusten während des aufwendigen Herstellungsverfahrens (hohe Temperaturen, hohe Drücke) und der gesamten Energiebilanz. Also letztlich die Frage, ob sich das Verkohlen der Biomasse aus ökologischer Sicht auch tatsächlich lohnt? Durch aktuelle Forschungsarbeiten werden die Rahmenparameter des Herstellungsprozess aber kontinuierlich energetisch optimiert. Bevor Anlagen im industriellen Maßstab und effizient große Mengen an Biokohle herstellen, wird vermutlich noch einige Zeit vergehen.

Vielleicht sollte die Bewertung des energetischen Herstellungsprozesses auch an den Aspekt der anschließenden Verwendung der entstandenen Biokohle geknüpft werden. So ist die direkte Umwandlung in Energie anders zu beurteilen als die Maßnahme der langfristigen Bodenverbesserung.

Kooperationsmöglichkeiten von Pyrolyse-Anlagen mit anderen bioenergetischen Anlagen

Auch die Kooperation mit anderen Bereichen der Bioenergie kann hier zu einer Win-Win-Situation führen und die Energiebilanz von Pyrolyse-Anlagen verbessern. So trägt ein gutes Wärmenutzungskonzept (siehe Artikel) beim Betrieb einer Biogasanlagen meist deutlich dazu bei, dass die Gewinnzone erreicht wird. An dieser Stelle ist es meiner Meinung nach denkbar, das sich mittelfristig bioenergetische Partnerschaften herausbilden, bei denen die in den Blockheizkraftwerken der Biogasanlagen produzierte Wärme zu günstigen Konditionen direkt an eine in der Nähe befindliche Pyrolyse-Anlage weitergegeben wird. In diesem speziellen Fall könnte die Wärme verwendet werden, welche bis dahin ungenutzt an die Umgebung abgegeben wurde. Besonders fruchtbar ist an dieser Stelle die Zusammenarbeit, wenn sich die Inputstoffe der beiden Anlagen sogar ergänzen oder die Anlagen zumindest nicht um die gleichen Energiepflanzen konkurrieren.

Ich wünsche der Biokohle, als faszinierendem und innovativem Zweig der Biomasse-Nutzung, viel Erfolg!