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StartseiteForschung aktuellGrüne Kohle: Zukunftstechnologie mit Startschwierigkeiten18.05.2021

Tolle Idee! Was wurde daraus?Grüne Kohle: Zukunftstechnologie mit Startschwierigkeiten

Schon seit langem weiß man, wie sich aus Pflanzen eine nahezu CO2-neutrale Kohle herstellen lässt. Die sogenannte hydrothermale Karbonisierung (HTC) gilt als vielversprechende Zukunftstechnologie. Warum aber hört man so selten von Unternehmen, die erfolgreich HTC-Kohle herstellen? 

Von Tomma Schröder

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Eine Schale mit Biokohle aus Pflanzenresten steht am 17.07.2013 am Rande einer Pressekonferenz in Berlin auf einem Tisch. Das Bundeskabinett hat eine "Politikstrategie Bioökonomie" beschlossen, mit der die biobasierte Wirtschaft in Deutschland gestärkt und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu vermindert werden soll. (picture alliance / dpa / Hannibal Hanschke)
Eine Schale mit Biokohle aus Pflanzenresten (picture alliance / dpa / Hannibal Hanschke)
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Die Idee klingt so bestechend wie einfach:

"Was sonst unter der Erde unter hohen Drücken und Temperaturen in Jahrmillionen passiert, versuchen wir im Labor tatsächlich innerhalb von wenigen Stunden nachzuahmen",sagt Benjamin Wirth vom Deutschen Biomasseforschungszentrum in Leipzig. Dort versucht man, diese Kohleherstellung im Zeitraffer zu optimieren.

  (imago/Panthermedia) (imago/Panthermedia)Versprechen der Bioökonomie - Das Gleiche in Grün?
Das Konzept klingt gut: Kohle, Erdöl, Erdgas, aber auch Plastik, Kunstfasern oder Kosmetika werden ersetzt – und zwar durch Stoffe, die die Natur uns liefert. Aber wie groß ist das Potenzial der Bioökonomie wirklich?

Der Techniker Stefan Römerscheid hat dazu vor einigen Stunden Stroh und Wasser in einen 10-Liter-Stahltank gefüllt. In dem länglichen Kessel, der mit allerhand Messgeräten, Schläuchen, Kurbeln und großen Bolzen versehen ist, können Temperaturen bis 300 Grad und Drücke bis 150 bar erzeugt werden. Damit das funktioniert, ist das Ganze natürlich sehr fest verschlossen.

 "So, jetzt werden die großen Bolzen grob gelöst mit einem mechanischen Schrauber."

Woher stammt die Biomasse?

Und tatsächlich kommt am Ende  eine dunkle Masse aus dem Behälter, die nach einigen weiteren Behandlungsschritten der Braunkohle äußerlich sehr ähnlich ist. Neben Stroh gibt es unzählige andere Biomassen, die in wässriger Lösung und in Kohle verwandelt werden können. Je höher Temperatur und Druck dabei sind, desto besser ist in der Regel die Qualität der Kohle.

Doch ein Anbau von Pflanzen ausschließlich für diesen Zweck sei nicht sinnvoll, wie Benjamin Wirth vor vielen Jahren am Beispiel der Tagebaufläche Jänschwalde errechnet hat.

"Wenn man diese ganzen Tagebauflächen mit Pappelgehölzen zupflastern würde, wirklich mit Monokultur, und dieses Holz in eine hydrothermale Kohle umwandelt und das dann eben als Ersatz für Braunkohle in dem betreffenden Kraftwerk einsetzen würde, dann würde man nicht mal ein Prozent der Braunkohle ersetzen können, die dort tagtäglich in dieses Kraftwerk gefahren wird."

In ein paar Stunden lassen sich eben doch nicht die Massen von Kohle erschaffen, für die die Natur Jahrmillionen gebraucht hat. Deswegen habe sich der Fokus der Forschung inzwischen verschoben, sagt Wirth. Statt Pflanzen eigens anzubauen, könnte man auch einfach das an Biomasse nutzen, was schon da ist. Oder was ohnehin Probleme bei der Entsorgung bereitet. Ein Paradebeispiel dafür wäre Klärschlamm.

Klärschlamm statt Pflanzen

Ortswechsel: Ein Klärwerk in Flensburg. Betriebsleiter Jens Eggers fährt mit einem Fahrstuhl etwa sieben Meter in die Höhe. Von hier oben kann man in einen großen offenen Tank schauen, in dem ganz unten eine braune Suppe zu erkennen ist.

"Das ist bei uns die Schlammvorlage, aus der dann die Entwässerung beschickt wird."

Dieser Klärschlamm besteht zu 99 Prozent aus Flüssigkeit. Damit er überhaupt aus der Anlage abtransportiert werden kann, wird er in großen – und lauten - Zentrifugen entwässert.

"Das sind die Zentrifugen. Die linke läuft."

Am Ende dieser Prozedur ist der verbleibende Klärschlamm krümelig wie Blumenerde, enthält aber immer noch um die 75 Prozent Wasser.

"Da kann ich dann auch dran drücken und pressen, wie ich möchte. Ich bekomme dort kein Wasser mehr raus",erklärt Benjamin Wirth. Normalerweise wird dieses ganze Wasser gemeinsam mit den Feststoffen abtransportiert und in Verbrennungsanlagen entsorgt – ein recht teures Verfahren.

Nebenprodukt: Phosphor

Würde man den Schlamm aber mit dem HTC-Verfahren behandeln, könnte man 75 Prozent des Wassers ausscheiden und würde dabei auch weniger Energie verbrauchen. Als Endprodukt erhielte man zudem eine deutlich kleinere Menge an energiereicher Klärschlammkohle, die sich besser transportieren und verbrennen ließe. Auch den so wichtigen Phosphor könnte man auf diese Weise gut aus dem Klärschlamm zurückgewinnen.

"Das klingt aus vielerlei Hinsicht extrem attraktiv. Nun ist es aber auch so, dass bei dieser hydrothermalen Karbonisierung eben auch Wasser hinterher anfällt, ein Prozesswasser, was mit verschiedensten Stoffen, vor allen Dingen organischen Verbindungen belastet ist und einer entsprechenden Nachbehandlung bedarf." 

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Sieht man vom Klärschlamm ab, gibt es viele weitere Biomasse-Abfälle, die in großen Druckreaktoren zu Kohle verarbeitet werden könnten: Grünschnitt, Laub oder Biomüll zum Beispiel. Hier ist nicht nur eine energetische Verwertung der Kohle denkbar, sondern es ließen sich teilweise auch höherwertige Produkte herstellen wie Aktivkohle oder Dünger . Aus dem Prozesswasser lassen sich je nach Ausgangsstoff auch Chemikalien und Kraftstoffvorprodukte gewinnen oder auch "ganz einfach" Biogas erzeugen. Allerdings gibt es auch hier einen Haken, sagt Benjamin Wirth. Einen rechtlichen.

Abfall oder Rohstoff?

"Wenn ein Materialstrom einmal Abfall war, dann darf es durch einen Konversionsschritt hinterher auf einmal nicht mehr kein Abfall sein. Komme ich nun als Hersteller einer HTC-Kohle und meinem Produkt haftet weiterhin leider dieser Abfall-Stempel an, sind die zu erzielenden Preise ungleich geringer." 

Das führe dazu, dass in Deutschland die hydrothermale Karbonisierung bisher noch immer nur in kleineren Projekten und Pilotanlagen erprobt werde, sagt Benjamin Wirth, der die Branche nun schon seit über einem Jahrzehnt begleitet.

"Jedes Bundesland hat für sich Regularien, ab wann Stoffe als Abfälle klassifiziert werden. Und genau diese Auslegung ist oft sehr vorsichtig bei den entsprechenden Behörden. Wir sind schon längere Zeit dabei, beispielsweise mit dem Umweltbundesamt dort Wege zu identifizieren, dass diese Materialien eben einer entsprechenden höherwertigen Nutzung auch sinnvoll mit einem entsprechenden Preis zugeführt werden könnten."

Benjamin Wirth ist zuversichtlich, dass die Startschwierigkeiten des HTC-Verfahrens mit der Zeit behoben werden können. Und zumindest in China stehe auch schon eine große Anlage zur hydrothermalen Behandlung von Klärschlamm, erzählt er. Sie stammt aus Deutschland.

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