Die Carboni­sierung

Sowohl die Produktion moderner Düngemittel wie auch die Produktion von Pflanzenkohle für die unterschiedlichsten Anwendungen, haben eines gemeinsam – für die Herstellung qualitativ hochwertiger Produkte ist eine ebenso hochwertige wie moderne Technik erforderlich. So ist die Pyrolyse für uns zu einer Schlüsseltechnologie geworden. Für die Herstellung organischer Düngemittel haben wir ein neues und bisher einmaliges Produktionskonzept entwickelt.

Grundlagen

Anders als bei der Verbrennung, bei der Stoffe unter Verbindung mit Luftsauerstoff reagieren und CO2 freigesetzt wird, werden bei der Pyrolyse oder Carbonisierung diese Stoffe in sauerstofflimitierter Umgebung erhitzt. Dieser Mangel an Luftsauerstoff führt dazu, dass sich der Kohlenstoff aus den pflanzlichen Reststoffen oder reinem Holz nicht mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid verbinden kann. Da kaum Sauerstoff vorhanden ist, kann kein CO2 entstehen. Der Kohlenstoff liegt nach der Carbonisierung in nahezu reiner Form vor. Beimischungen bestehen aus Asche und Mineralstoffen. Dieser Prozess ist bereits sehr alt und fand bereits in der europäischen Mittelsteinzeit (8300 – 4000 Jahre v. Chr.) Anwendung und ist aktuell noch in der traditionellen Herstellung von Holzkohle bekannt. Heute wird die gleiche Reaktion in Stahlbehältern durchgeführt. Mithilfe moderner Anlagentechnik wird innerhalb sehr kurzer Zeit, oft in 30 min und weniger, ein Prozess nachgebildet, der dem der Kohleentstehung vor nahezu 300 Mio Jahre (Inkohlung) ähnlich ist. Charakteristisch für diese Reaktion ist die sauerstoffarme Atmosphäre in der Anlage. Mit einem Verbrennungsluftverhältnis von λ = < 1,0 liegt während der Reaktion ein unterstöchiometrischer Sauerstoffgehalt vor, während bei der Verbrennung ein Verbrennungsluftverhältnis von λ = 1,0 vorliegt. Ein charakteristisches Merkmal der Carbonisierung stellt somit die Tatsache dar, dass, nicht wie bei der Verbrennung (Verrottung, Kompostierung, Verbrennung) CO2 emittiert wird, sondern im Gegenteil, eine CO2 Senke provoziert wird. Die in den Prozess eingebrachten Stoffe werden mithilfe einer externen Energiequelle wie z. B. Flüssiggas auf Temperaturen von 200 °C erhitzt. Beim Erreichen dieser Temperaturen beginnt der eigentliche Verkohlungsprozess. Es entstehen ein brennbares Gasgemisch und Kohlenstoff. Der Kohlenstoff wird abgeführt, während das Gasgemisch mithilfe eines speziellen Brenners verbrannt und damit die in einer Brennkammer vorhandene Luft auf Temperaturen von > 1000 °C erhitzt wird. Diese derart erhitzte Luft wird in einen Heizmantel geleitet der den eigentlichen Reaktor umgibt. Die dort eingebrachten Stoffe werden weiter erhitzt. Somit wird das Material weiter aufgeheizt und ein dauerhafter Prozess, der ohne weitere Energiezufuhr abläuft, beginnt.

Verfahrenstechnik

Gerade in der heutigen Zeit ist die Carbonisierung von pflanzlichen Stoffen in den Blickpunkt vieler Institutionen geraten. Mithilfe der Carbonisierung von pflanzlichen (Rest-) Stoffen lassen sich der Atmosphäre große Mengen CO2 entziehen.

Der einstige Meiler der Köhler wurde durch Stahlbehälter ersetzt. Die Carbonisierung oder die Pyrolyse kennt heute die verschiedensten Techniken und Verfahren. Die Reaktoren in denen der Pyrolyseprozess abläuft weisen die verschiedensten Bauformen auf. So kennt die Verfahrenstechnik stehende Behälter, in denen die Biomasse von oben aufgegeben wird und so den Pyrolyseprozess durchläuft. Andere Verfahren arbeiten mit Drehrohrtechnik oder auch, und das ist wohl das häufigste Verfahren, Reaktoren durch deren Innenraum die Biomasse mittels einer Schnecke hindurchtransportiert wird. Diese Behälter sind mit einem Mantel umgeben, durch deren Innenraum die erhitzte Luft geführt wird. Im Rahmen dieses allothermen Verfahrens wird das zu verarbeitenden Gut nicht direkt erhitzt, sondern die Temperatur wirkt auf diese Stoffe lediglich indirekt durch den Kontakt zu der Reaktorwand. Im Gegensatz dazu wird mittels des autothermen Verfahrens das zu carbonisierende Gut direkt mit dem heißen Medium beaufschlagt. In allen Fällen wird der Reaktor derart verschlossen, dass keine Luft, und somit Sauerstoff, in den Prozess gelangen kann. Zum Start der Reaktion wird das System mit externer Energie aufgeheizt. Nach Erreichen der Prozesstemperatur entsteht das Pyrolysegas. Dieses Gas wird genutzt, um im weiteren Prozessverlauf die erforderliche Temperatur zu erhalten. Im Verkohlungsprozess entstehende Zwischenprodukte und die in die Gasphase übertretenden Schadstoffe werden mittels geeigneter Verfahren und Vorrichtungen aufgefangen und zurückgehalten. Sowohl der Temperaturverlauf wie auch die Verweildauer des Pyrolysegutes im Prozess, bestimmen die physikalischen und die chemischen Eigenschaften der Carbonisate.