Forschung und Entwicklung zu Pflanzenkohlen / Biokohlen durch Karbonisierung / Pyrolyse

Fraunhofer UMSICHT in Sulzbach-Rosenberg hat langjährige Erfahrung in der Herstellung und Analytik von Karbonisaten (Pflanzenkohlen, Biokohlen, Pyrolysekohlen etc.) aus unterschiedlichsten biogenen und nicht-biogenen Einsatzstoffen.

Der Institutsteil verfügt über verschiedene Pyrolyseanlagen für die Karbonisierung von Biomassen vom Labor- bis in den großtechnischen Maßstab mit einem Durchsatz von 2, 10, 30 und 500 kg. In Versuchskampagnen lassen sich so auch große Mengen an Einsatzstoff durchsetzen und entsprechende Produktmengen erzeugen.

Hervorzuheben ist das am Institut eigenentwickelte Verfahren des thermo-katalytischen Reformings. Diese pyrolysebasierte Technologie erreicht durch einen nachgeschalteten Reformingschritt eine Aufwertung der in der Pyrolyse erzeugten Karbonisate. Die hohe Produktqualität erlaubt hochwertige Anwendungen der Karbonisate, die z.B. durch konventionelle (Flash-)Pyrolyse-Verfahren oder hydrothermale Prozesse wie die Hydro- und Vapothermale Karbonisierung nicht möglich sind. Mittels TCR-Verfahren erzeugte Karbonisate weisen niedrige Sauer- und Wasserstoffgehalte auf und besitzen eine hohe Stabilität in Bodenanwendungen. 

Neben den Karbonisierungs-Technologien sind verschiedene Vergaser-Teststände vorhanden, die für Pflanzenkohlen optimiert sind.  

Bodenanwendungen

Pflanzenkohlen können mit dem Ziel der Kohlenstoffspeicherung oder der Bodenverbesserung Anwendung im landwirtschaftlichen Kontext finden. Wichtig bei einer solchen Anwendung sind je nach Zweck die physikalischen und chemischen Eigenschaften der jeweiligen Pflanzenkohlen, die Einhaltung von Grenzwerten nach internationalen Richtlinien und eine entsprechende Zertifizierung.

Bau- und Werkstoffe

Als Füller in Beton, Asphalt oder Kunststoffen zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks der Produkte oder zur gezielten Veränderung der Produkteigenschaften.  Porosität, Korngrößenverteilung, Haftverhalten und Auswaschungsverhalten von Schadstoffen spielen hier eine große Rolle. Diese Eigenschaften können durch gezielte Aufbereitung modifiziert werden. Hierfür bieten wir verschiedene Verfahren an.  ​

Metallurgie

Kohle aus fossilen Quellen ist ein wichtiger Einsatzstoff in der Industrie, z.B. in der Sinteranlage zur Herstellung von Eisenerzagglomeraten, im Elektrolichtbogenofen als Einblas- bzw. Einsatzkohle oder als Legierungskohle zur Einstellung des Kohlenstoffgehalts des Stahls. Zur Erreichung einer CO2-neutralen Stahlherstellung spielt der Ersatz fossiler Kohlen durch Pflanzenkohle eine große Rolle. Entscheidende Parameter hierfür sind der Aschegehalt, die Menge der flüchtigen Bestandteile, der Brennwert, die Partikelgröße sowie die Reaktivität. Die Auswahl geeigneter Einsatzstoffe sowie die Prozessparameter bei der Umsetzung der Biomasse zur Erzeugung der Pflanzenkohle ist daher entscheidend.

Thermische Verwertung

Ob bei einer Verbrennung oder Vergasung der Pflanzenkohle zur Erzeugung von Prozesswärme oder Elektrizität ist der Heizwert, der Anteil an Kohlenstoff bzw. der Aschegehalt entscheidend. Gemeinsam mit Ihnen bewerten wir die Eignung und ggf. Optimierung der anfallenden Karbonisate für eine effiziente thermische Verwertung.  ​

Rückgewinnung von Wertstoffen

Biomassen und biogene Reststoffe enthalten zum Teil kostbare Nährstoffe wie Stickstoff, Phosphor oder Kalium. Im Rahmen einer Deponierung gehen diese für eine zielgerichtete Anwendung verloren. Durch eine pyrolytische Umsetzung können aus den Einsatzstoffen diese Nährstoffe gezielt entweder aus der Pflanzenkohle selbst oder den vorhandenen Nebenströmen (Gas, Öl, Wasser) zurückgewonnen und zielorientiert weiterverwendet werden.