DAS POTENZIAL VON BIOKOHLE IN DER KREISLAUFWIRTSCHAFT UND ALS KOHLENSTOFFSENKE

Von Maja Berden Zrimec

Dieser Artikel wurde ursprünglich auf Englisch veröffentlicht und automatisch mit KI-Software übersetzt.

Biokohle, ein festes, kohlenstoffreiches Material, das durch die Pyrolyse von organischen Abfällen gewonnen wird, entwickelt sich zu einem wertvollen Instrument für nachhaltige Landwirtschaft, Umweltsanierung und Kohlenstoffbindung. Biokohle wird durch ein Verfahren namens Pyrolyse hergestellt, bei dem organische Abfälle unter Ausschluss von Sauerstoff erhitzt werden. Durch diese thermische Behandlung wird das Abfallmaterial aufgespalten und in eine stabile Form von Kohlenstoff umgewandelt. Biokohle zeichnet sich durch ihre poröse Struktur, ihren hohen Kohlenstoffgehalt und ihre vorteilhaften chemischen Eigenschaften aus, die sie zu einem hervorragenden Bodenverbesserungsmittel machen.

Organische Abfälle als Ausgangsmaterial für die Biokohleherstellung

Biokohle kann durch Pyrolyse aus einer Vielzahl von organischen Abfällen gewonnen werden, darunter landwirtschaftliche Abfälle, feste Siedlungsabfälle, Lebensmittelabfälle, forstwirtschaftliche Abfälle und Industrieabfälle. Diese Materialien können als lignozellulosehaltige Materialien klassifiziert werden, die hauptsächlich aus Zellulose, Hemizellulose und Lignin bestehen.

In der Landwirtschaft können Ernterückstände wie Stroh, Spelzen und Stängel sowie Nebenprodukte aus der landwirtschaftlichen Verarbeitung wie Reishülsen und Maiskolben als hervorragende Quellen für die Biokohleproduktion dienen. Zu den forstwirtschaftlichen Abfällen gehören Holzspäne, Sägemehl, Rinde und andere Rückstände aus der Forstwirtschaft und der Holzverarbeitung. Dies trägt nicht nur dazu bei, Abfälle aus der Forstwirtschaft zu recyceln und aufzuwerten, sondern verringert auch den Druck auf natürliche Wälder für die Gewinnung von Biokohle.

Organische Abfälle aus der Lebensmittelverarbeitung, Restaurants und kommunale Grünabfälle können ebenfalls in Biokohle umgewandelt werden. Dazu gehören Obst- und Gemüseabfälle, Gartenabfälle und Reste aus der Lebensmittelindustrie. Indem diese Abfälle nicht auf Deponien entsorgt werden, trägt die Biokohleproduktion zur Abfallwirtschaft und zur Verringerung der Treibhausgasemissionen bei. Klärschlamm kann durch Pyrolyse verarbeitet werden, so dass es Bestrebungen gibt, ihn in die EU-Düngemittelverordnung aufzunehmen, und zwar durch die EU-Initiative zur Regulierung von Düngemitteln.

Neben Biokohle entsteht bei der Pyrolyse auch Bioöl, ein komplexes Gemisch aus organischen Verbindungen, darunter Säuren, Ketone, Aldehyde und Phenole, sowie Synthesegas, ein Gemisch aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff und anderen Gasen. Bioöl kann als erneuerbare Brennstoffquelle genutzt werden, da es eine hohe Energiedichte aufweist und direkt in Kesseln verbrannt oder in Verbrennungsmotoren verwendet werden kann. Auch Synthesegas kann als Brennstoffquelle genutzt werden. Es hat einen hohen Energiegehalt und kann in Verbrennungsmotoren oder Gasturbinen verwendet werden.

Integration der Pyrolyse in Technologieströme

Die Integration der Pyrolyse in ein Unternehmen, das organische Abfälle produziert, kann eine Herausforderung darstellen, da spezielle Anlagen und fachkundiges Personal benötigt werden. Das Verfahren kann auch energieaufwendig sein und erfordert eine kontinuierliche Versorgung mit Rohstoffen, um kosteneffizient zu sein. Eine weitere Herausforderung ist die allgemeine Variabilität des organischen Abfallstroms.

Dennoch kann die Integration der Pyrolyse in die Abfallbewirtschaftungsstrategie eines Unternehmens mehrere Vorteile bieten. Sie kann das Volumen der auf Deponien oder in Verbrennungsanlagen entsorgten Abfälle verringern, die Treibhausgasemissionen aus der Abfallentsorgung reduzieren und eine Quelle für erneuerbare Energie oder biobasierte Produkte darstellen. Alternativ können Abfälle in speziellen Pyrolyseanlagen oder sogar in Forschungszentren im Pilotmaßstab für kleinere Mengen verarbeitet werden. Das Combustion Reduction Integrated Pyrolysis System (CRIPS) zum Beispiel ist eine mobile Pyrolyse-Demonstrationsanlage, die eine Tonne organischer Abfälle pro Tag verarbeiten kann.

Vorteile und Anwendungen von Biokohle

Die Hauptanwendung von Biokohle liegt in der Bodenverbesserung. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass sie positive Auswirkungen auf die Bodenfruchtbarkeit und das Pflanzenwachstum hat. Die Bodenfruchtbarkeit wird durch die verbesserte Wasserrückhaltung, Nährstoffverfügbarkeit und mikrobielle Aktivität verbessert. Mit Biokohle angereicherte Böden weisen höhere Ernteerträge, ein besseres Pflanzenwachstum und einen geringeren Düngerbedarf auf (1,2). Es wird erwartet, dass die Verwendung von Biokohle als Bodenverbesserungsmittel viele der Probleme ausgleicht, die mit der Beseitigung von Ernterückständen auf dem Boden verbunden sind (2).

Biokohle kann auch als Kompostierungshilfsmittel verwendet werden. Die Zugabe von Biokohle zu Kompostierungsprozessen kann die Gesamtqualität des Komposts verbessern. Sie trägt dazu bei, die Feuchtigkeit zu speichern, die mikrobielle Aktivität zu erhöhen und die Nährstoffbindung im Kompost zu verbessern. Außerdem kann sie den Kompostierungsprozess beschleunigen.

Eine weitere Anwendung in landwirtschaftlichen Betrieben ist die Verwendung als Einstreumaterial für das Vieh, da es eine komfortable und geruchsarme Umgebung schafft. Biokohle hilft auch bei der Bewirtschaftung von Dung, indem sie den Nährstoffabfluss reduziert.

Biokohle spielt eine entscheidende Rolle bei der Kohlenstoffbindung, da sie als langfristige Kohlenstoffsenke dienen kann (2). Durch die Umwandlung von organischen Abfällen in Biokohle wird der Kohlenstoff in einer stabilen Form gebunden, wodurch die Treibhausgasemissionen verringert werden. Biokohle hat das Potenzial, Kohlenstoff für Hunderte bis Tausende von Jahren zu binden (2,4,5). Vielversprechende Anwendungen von Biokohle werden auch in anderen Sektoren wie Kosmetika, Abwasserentsorgung, Bauwesen, Lebensmittel und Medizin sowie in der Hightech- und anderen Industrie erwartet (6).

Die Rolle von VCG.ai bei der Herstellung von Biokohle aus organischen Abfällen

Der Value Chain Generator von VCG.ai ist in der Lage, Verbindungen zwischen den Erzeugern von organischen Abfällen und Nebenströmen und den Unternehmen, die diese Abfälle zu Biokohle verarbeiten können, herzustellen. Der VCG identifiziert zudem Technologien, die von den Abfallproduzenten angepasst werden können, um ihre Abfallströme effizient vor Ort zu verarbeiten.

Schlussfolgerung

Biokohle ist eine nachhaltige Lösung für die Abfallbewirtschaftung, die Bodenverbesserung und die Eindämmung des Klimawandels. Die aus verschiedenen organischen Abfällen gewonnene Biokohle bietet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, darunter Bodenverbesserung, Kohlenstoffbindung, Wasserfiltration und Viehzucht. Ihr Einsatz hat das Potenzial, die landwirtschaftlichen Praktiken zu revolutionieren, die ökologische Nachhaltigkeit zu verbessern und zu einer grüneren Zukunft beizutragen.

Referenzen

1. Lehmann, J., Rillig, M.C., Thies, J., Masiello, C.A., Hockaday, W.C., Crowley, D. (2011): Die Auswirkungen von Biokohle auf die Bodenbiota – ein Überblick. Soil Biology and Biochemistry 43(9): 1812-1836. Doi: 10.1016/j.soilbio.2011.04.022
2. USDA – US-Landwirtschaftsministerium – Climate Hubs: https://www.climatehubs.usda.gov/hubs/northwest/topic/biochar
3. Ahmad, M., Rajapaksha, A.U., Lim, J.E., Zhang, M., Bolan, N., Mohan, D., Vithanage, M., Lee, S.S., Ok, Y.S. (2014). Biokohle als Sorptionsmittel für das Schadstoffmanagement in Boden und Wasser: A review. Chemosphere, 99, 19-33.
4. Spokas, K.A., Cantrell, K.B., Novak, J.M., Archer, D.W., Ippolito, J.A., Collins, H.P., Boateng, A.A., Lima, I.M., Lamb, M.C., McAloon, A.J., Lentz, R.D., Nichols, K.A. (2012). Biochar: A synthesis of its agronomic impact beyond carbon sequestration. Journal of Environmental Quality, 41(4), 973-989. Doi: 10.2134/jeq2011.0069
5. Wang, J., Xiong, Z., Kuzyakov, Y. (2015): Biochar stability in soil: meta-analysis of decomposition and priming effects. GCB Bioenergy. Doi: 10.1111/gcbb.12266
6. EBI – Das Europäische Konsortium der Biokohleindustrie: https://www.biochar-industry.com

Internet-Quellen

EU-Düngemittelverordnung: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=celex%3A32019R1009

Klärschlamm für die Pyrolyse in der EU-Düngemittelverordnung: https://www.biochar-industry.com/2023/ebi-position-paper/