Hydrothermale Karbonisierung

Inkohlungsdiagramm mit den eingetragenen Zusammensetzungen von HTC-Kohlen aus der hydrothermalen Karbonisierung von Blumenkohl, Grasschnitt, Stroh, Buchenholz und Lignin bei unterschiedlichen Bedingungen.
Struktur einer HTC-Kohle, hier eine REM-Aufnahme von hydrothermal karbonisierter Zellulose bei 250 °C und 17 h Reaktionszeit.

Die hydrothermale Karbonisierung ist ein Prozess, bei dem Biomasse in Wasser bzw. Biomasse mit einem hohen Wassergehalt zu einer kohleartigen Substanz umgewandelt wird. Typische Reaktionsbedingungen sind 180-230°C bei leicht erhöhtem Druck, um das Verdampfen des Wassers zu verhindern.

Für die aus der hydrothermalen Karbonisierung gewonnenen Produkte („HTC-Kohlen“) wurde vielfältigen Nutzungsmöglichkeiten vorgeschlagen: Zum einen sollen sie als Bodenverbesserer (analog „Terra Preta“ - Port. für „Schwarze Erde“, fruchtbarer Boden in Amazonas-Gebiet), als Braunkohlenersatz bzw. Grillkohle oder Katalysatorträgermaterial eingesetzt werden. Eine spätere Verwendung von künstlichem Ruß („Carbon Black“), wie er als schwarzer Pigmentfarbstoff oder in Reifen eingesetzt wird, erscheint möglich und ist aufgrund des hohen Energieverbrauches gängiger Verfahren sehr wünschenswert. Nun erfordern diese unterschiedlichen Anwendungen auch unterschiedliche Eigenschaften der HTC-Kohle. So ist bei der Nutzung als Brennstoff ein niedriger Asche- und Stickstoffgehalt wünschenswert, bei der Verwendung im Boden sind aber Eigenschaften als Langzeitdünger, mit hohem Mineralien- und Stickstoffgehalt wünschenswert.

Ziel der Arbeiten des IKFT des Karlsruhe Institutes für Technologie ist es nun, die Vorgänge bei der hydrothermalen Karbonisierung zu verstehen und anschließend so zu manipulieren, um für die jeweilige Anwendung möglichst gut geeignete HTC-Kohlen zu gewinnen.

Literatur

  • E. Dinjus, A. Kruse, and N. Tröger,
    Hydrothermal Carbonization-1.Influence of Lignin in Lignocelluloses,
    Chemical Engineering & Technology 34 (2011) 2037-2043.
  • A.Kruse, F. Badoux, R. Grandl, and D. Wüst,
    Hydrothermale Karbonisierung: 2. Kinetik der Biertreber-Umwandlung/ Hydrothermal Carbonization: 2. Kinetics of Draff Conversion,
    Chemie Ingenieur Technik 84 (2012) 509-512