Aktiv­kohle – Herge­stellt nach EU-Umwelt­stan­dards

Wir haben kein gerin­geres Ziel, als mit einer präzis steu­er­baren und sauberen PYREG-Karbo­ni­sie­rungs-Tech­no­logie in indus­tri­ellem Maßstab Aktiv­kohlen mit einer Ober­fläche von bis zu 1000 m2 / g (Quadrat­meter pro Gramm) herzu­stellen. Dafür entwi­ckeln wir derzeit eine Anlage, die in einem ener­gie­ef­fi­zi­enten, einstu­figen und umwelt­freund­li­chen Herstel­lungs­pro­zess Spezi­al­kohlen in defi­nierten Quali­täten und aus regional nach­wach­senden Rohstoffen erzeugt. Mit einer scho­nenden Dampf­ak­ti­vie­rung wollen wir für eine möglichst große Ober­fläche sorgen, mit einem voll­au­to­ma­ti­schen Betrieb für höchste Effek­ti­vität. In  tech­ni­schen Vorstu­dien an unserer Labor­an­lage PYREKA konnten wir unter diesen Bedin­gungen bereits Pflan­zen­kohlen mit Ober­flä­chen von mehr als 800 m2 / g gene­rieren.

An zwei Groß-Anlagen in Baden-Baden und an unserem Firmen­standort in Dörth unter­ziehen wir derzeit unsere neue Akti­vie­rungs-Technik einem Praxis­test. Im Rahmen des EU-Forschungs­pro­jektes „RE-DIRECT“ (INTERREG North-West Europe NWE) werden derzeit beispiels­weise in Baden-Baden (Eigen­be­trieb Umwelt­technik) aus regio­nalen Rest­bio­massen Aktiv­kohlen erzeugt, die bereits erfolg­reich in der Vierten Reini­gungs­stufe auf der städ­ti­schen Klär­an­lage zum Einsatz kommen.

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WIRKUNG

Gerade in der Wasser­auf­be­rei­tung spielt das feine, schwarze Pulver eine extrem wich­tige Rolle. Aktiv­kohle ist sehr porös. Wie ein Schwamm besitzt sie unzäh­lige Poren, die nur wenige Nano­meter groß sind. Poren werden in Mikro-, Meso- und Makro­poren einge­teilt und sind zusammen für eine riesige Ober­fläche verant­wort­lich, an der flüs­sige oder gasför­mige Stoff anheften können. Die innere Ober­fläche von 2 Gramm Aktiv­kohle entspricht unge­fähr der Fläche eines Fußball­feldes (Quelle: CHEMIE.DE/lexikon/aktivkohle). Bei beson­ders hoch­wer­tiger Aktiv­kohle kann diese innere Ober­fläche bis zu 2000 m2 / g (Quadrat­meter pro Gramm) groß sein.

Durch­strömt eine Flüs­sig­keit oder ein Gas die Aktiv­kohle, werden (vor allem unpo­lare) Schad­stoff-Mole­küle an ihrer Ober­fläche gebunden. Der Prozess der Anhef­tung (Adsorp­tion) geschieht entweder auf physi­ka­li­schem oder chemi­schem Weg. Bei physi­ka­li­schen Anhaf­tungen eines Stoffes erfolgt die Anla­ge­rung aufgrund mole­ku­larer Ober­flä­chen­kräfte (van-der-Waals-Kräften). Bei chemi­schen Anla­ge­rungen gehen der Schad­stoff und die Pflan­zen­kohle eine chemi­sche Reak­tion an der Ober­fläche ein, diese Bindung ist in der Regel stärker (Quelle: QUICKER/WEBER, Biokohle, 2016). Bei indus­tri­ellen Adsor­ben­tien ist neben der Ober­fläche und dem Poren­vo­lumen auch die Dichte und Wärme­leit­fä­hig­keit der Aktiv­kohlen entschei­dend (Quelle: QUICKER/WEBER, Biokohle, 2016). Um eine Poren­struktur mit einer großen Ober­fläche zu errei­chen, wird eine soge­nannte Akti­vie­rung vorge­nommen, die zu einer Erwei­te­rung und Vergrö­ße­rung der Poren­struktur und damit auch der inneren Ober­fläche führt.

BEDARF

Welt­weit besteht ein Bedarf von rund 2 Mio Tonnen Aktiv­kohle pro Jahr. Ein Viertel der welt­weit produ­zierten und vertrie­benen Aktiv­kohle wird in der Wasser- und Abwas­ser­be­hand­lung einge­setzt (Quelle: ELEMENTE 2/2016). Tendenz stei­gend. Die fein­kör­nige Kohle kommt als Adsorp­ti­ons­mittel (Anhaf­tung eines flüs­sigen oder gasför­migen Stoffes an der Ober­fläche eines Fest­stoffes) außerdem in der Chemie, Medizin sowie Lüftungs- und Klima­technik zum Einsatz. Aktiv­kohle wird zum größten Teil im außer­eu­ro­päi­schen Ausland aus Stein- oder Braun­kohle oder Kokos­fa­sern herge­stellt. Die Aktiv­kohle-Importe nach Deutsch­land steigen seit Jahren. Wurden 2006 noch unge­fähr 30.000 Tonnen Aktiv­kohle nach Deutsch­land gebracht, waren es 2017 schon mehr als 70.000 Tonnen (Quelle: DIE ZEIT, Wie aktiv kann Kohle sein, 2018; ESSER-SCHMIT­MANN/ SCHMITZ, Verglei­chende Ökobi­lanzen für Adsor­ben­tien zur Abgas­rei­ni­gung).

AKTI­VIE­RUNG

Die Akti­vie­rung der Aktiv­kohlen aus biogenen Stoffen kann auf zwei Arten erfolgen: Bei der physi­ka­li­schen Akti­vie­rung wird die Biomasse erst karbo­ni­siert und anschlie­ßend durch die Zugabe von Dampf oder Kohlen­di­oxid akti­viert. Bei der chemi­schen Akti­vie­rung wird die Biomasse mit einer chemi­schen Substanz (z.B. NaOH, H3PO4 oder KOH) behan­delt und anschlie­ßend karbo­ni­siert (Quelle: QUICKER/WEBER, Biokohle, 2016). Die chemi­sche Akti­vie­rung ist ein einstu­figer Prozess und vergli­chen mit der physi­ka­li­schen Akti­vie­rung findet dieser meist bei nied­ri­geren Pyro­ly­se­tem­pe­ra­turen statt.

UMWELT­PRO­BLEME

In allen Herstel­lungs­ver­fahren wird der Rohstoff (Braun­kohle, Stein­kohle, Anthrazit, Torf, Holz, Oliven­kerne oder Nuss­schalen) durch Ener­gie­zu­fuhr getrocknet, verkohlt und akti­viert. Ein äußert energie- und ressour­cen­in­ten­siver Prozess (Quelle: ESSER-SCHMIT­MANN/ SCHMITZ, Verglei­chende Ökobi­lanzen für Adsor­ben­tien zur Abgas­rei­ni­gung). Aufgrund des Kosten­drucks und hoher Umwelt­stan­dards gibt es kaum noch Aktiv­koh­le­her­steller in Europa (Quelle: ESSER-SCHMIT­MANN/ SCHMITZ, Verglei­chende Ökobi­lanzen für Adsor­ben­tien zur Abgas­rei­ni­gung). Damit entstehen die Umwelt­be­las­tungen durch Emis­sion von u.a. Kohlen­mon­oxid, flüch­tigen Kohlen­was­ser­stoff­ver­bin­dungen und Rußpar­ti­keln über­wie­gend in Ländern, in denen euro­päi­sche Umwelt­stan­dards nicht greifen (USA, Austra­lien, China, Phil­ip­pinen, Sri Lanka; Quelle: ITHAKA JOURNAL, Aktiv­kohlen – eine saubere Sache, 2018).

MARKT­WERT

Die Fähig­keit der Aktiv­kohle als Wasser- und Parti­kel­filter hat ihren Preis. Je nach Markt­lage kostet eine Tonne Aktiv­kohle zwischen 1.500 bis 2.000 Euro (Quelle: GELSEN­WASSER, Gewäs­ser­schutz & Koope­ra­tionen 2018). Auch hier ist die Tendenz aufgrund der stei­genden Nach­frage (z.B. durch die Einfüh­rung der 4. Reini­gungs­stufe auf Klär­an­lagen; verschärfte Umwelt­schutz­an­for­de­rungen in zahl­rei­chen Prozess­be­rei­chen) stei­gend.