Pflanzenkohle: Eine aufstrebende Negativ-Emissionstechnologie

Pflanzenkohle hat das Potenzial, jährlich 6 % der weltweiten Kohlendioxidemissionen zu reduzieren und kann in großem Maßstab eingesetzt werden. Daher wird erwartet, dass sie eine zentrale Rolle im Konzept der Kreislaufwirtschaft spielen wird. Diese holzkohleartige Substanz wird durch die Pyrolyse verschiedener Arten von Biomasse in einem kontrollierten Prozess hergestellt.

Professor Mauro Giorcelli, Außerordentlicher Professor an der Fakultät für angewandte Wissenschaft und Technologie (DISAT) des Politecnico di Torino und Vorstandsmitglied der Italian Biochar Association, erforscht Pflanzenkohle und ihr Potenzial. Sein Besuch bei Elementar bot uns die einmalige Gelegenheit, die neuesten Fortschritte in der Pflanzenkohleforschung kennenzulernen.

Bevor er sich der Pflanzenkohle als Hauptforschungsgebiet zuwandte, untersuchte Professor Giorcelli Kohlenstoffmaterialien und Verbundwerkstoffe aus Kohlenstoffnanoröhren und Graphen. Da diese Materialien sehr teuer sind, begann Prof. Giorcelli mit der Untersuchung von Pflanzenkohle und ihren Eigenschaften, einer günstigen und leicht verfügbaren Art von Kohlenstoffmaterial. Er fand heraus, dass Verbundwerkstoffe aus Pflanzenkohle vergleichbare Eigenschaften aufweisen wie die teuren Materialien aus Carbon und Graphen. Damit ist Pflanzenkohle ein geeigneter Ersatz für teure Kohlenstoffmaterialien. Landwirtschaftliche Abfälle (Biomasse) werden in einen wertvollen Rohstoff (Pflanzenkohle) umgewandelt.

Pflanzenkohle ist keine neue Entdeckung – bereits vor mehr als 2.000 Jahren wurde sie von indigenen Kulturen zur Verbesserung der Bodenqualität für das Pflanzenwachstum verwendet. Ihr Potenzial reicht jedoch weit über diese traditionelle landwirtschaftliche Nutzung hinaus und wird erst jetzt durch vertiefte Erforschung ihrer Eigenschaften immer besser erkannt. Pflanzenkohle kann als Ersatz für aus Erdöl gewonnene Kohlenstoffmaterialien, z. B. in Verbundwerkstoffen, genutzt werden, was eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten eröffnet. Laut Professor Giorcelli könnte in fast jedem Material, das mit Industrie-Ruß hergestellt wird, wie z.B. Autoreifen, das Industrie-Ruß umweltfreundlich durch Pflanzenkohle ersetzt werden. Der verstärkte Einsatz von Pflanzenkohle anstelle erdölbasierter Materialien würde die Abhängigkeit von knappen Ressourcen verringern und den CO₂-Fußabdruck reduzieren.

Neben der Verwendung im Boden sieht Professor Giorcelli großes Potenzial für den Einsatz von Pflanzenkohle in Zement und Beton. Seiner Meinung nach wird dies „die nächste großflächige Anwendung nach der Verwendung in der Landwirtschaft“ sein. Bei der heutigen Betonherstellung werden große Mengen CO₂ in die Atmosphäre freigesetzt, was erheblich zu den globalen Treibhausgasemissionen beiträgt. Diese Emissionen könnten durch den Einsatz von Pflanzenkohle in der Betonherstellung drastisch reduziert werden, wodurch der Herstellungsprozess dekarbonisiert würde.

Die Herstellung von Pflanzenkohle ist eine Win-Win-Situation: Sie kann praktisch überall produziert werden, speichert Kohlenstoff statt ihn in die Atmosphäre freizusetzen und löst das Problem der Abfallentsorgung, indem Biomasseabfälle in eine nützliche Ressource umgewandelt werden. Diese Ressource kann zur Dekarbonisierung unserer Wirtschaft beitragen. Zudem könnte die Herstellung von Pflanzenkohle künftig eine Einnahmequelle für Städte und Gemeinden werden. Wenn die Kohlenstoffspeicherung durch Pflanzenkohleproduktion mit CO₂-Zertifikaten vergütet wird, könnten diese über den globalen Emissionshandel den öffentlichen Haushalten zugutekommen.

Da Pflanzenkohle häufig wiederverwendet werden kann – ein Filter, der zur Wasserreinigung eingesetzt wurde, kann beispielsweise in einer anderen Anwendung ein zweites Leben finden – betrachten einige Forscher Pflanzenkohle nicht als Produkt, sondern als ein System. In diesem System geht das Material nie verloren, sondern wird immer wieder umgewandelt und wiederverwendet.

Viele organische Abfälle können in Pflanzenkohle umgewandelt werden. Die chemische Zusammensetzung der Pflanzenkohle variiert je nach verwendeter Biomasse, was zu verschiedenen Arten von Pflanzenkohle mit unterschiedlichen Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten führt. Daher ist die Materialanalyse von entscheidender Bedeutung. Professor Giorcelli ist der Ansicht, dass die Elementaranalyse ein großes Potenzial für die Charakterisierung von Pflanzenkohle hat, indem sie den Gehalt an organischem und anorganischem Kohlenstoff bestimmt. So kann für jede Art von Pflanzenkohle die beste Anwendung gefunden werden.

Neben der Charakterisierung von Pflanzenkohle ist die Elementaranalyse auch wichtig, um die Menge des gebundenen Kohlenstoffs zu quantifizieren, was für die Ausgabe von CO₂-Zertifikaten von Bedeutung ist.

Ob CO₂-Neutralität, Kohlenstoffbindung oder Unabhängigkeit vom Erdöl - Pflanzenkohle hat das Potenzial, eine wichtige Rolle bei der Lösung der großen Probleme zu spielen, mit denen unsere Gesellschaft heute konfrontiert ist. Wir sind zuversichtlich, dass Professor Giorcelli und sein Team dazu beitragen werden, das Potenzial dieser seit langem bekannten, aber erst kürzlich neu entdeckten Ressource weiter zu erforschen.