Infrastrukturen erhalten und  CO2-neutral machen                     

 

Kohle als messbare, konkrete CO2-Reduktionsmassnahme Wie kann man verständlich erklären, wie Kohle massgeblich mithelfen kann, Treibhausgase in der Atmosphäre zu reduzieren? Ohne dabei allzu technisch in die Welt von Chemie und Physik einzutauchen? Unzählige Studien und Feldanwendungen zeigen, dass Kohle ein gewaltiges Potential besitzt. Doch welche Kohle? Bereits hier zeigt sich eine erste Hürde! Kohle ist ein Sammelbegriff für eine grosse Familie sehr unterschiedlicher Stoffe. Da gibt es die Braun- oder Steinkohlen. Diese verschmutzen die Atmosphäre, sind also Teil des Problems. Auch die Grill- oder Holzkohle wird uns nicht helfen, überschüssiges CO2 zu reduzieren. Doch allen Kohlen gemeinsam ist ihr Gehalt an Kohlenstoff. Und genau hier beginnt das Abenteuer „Kohle als Klimaschutz“!

 

Alle Elemente, welche die Materie bilden, sind im Periodensystem schematisch aufgeführt.
Stellen wir uns alle Elemente, welche die Materie bilden, als Legobausteine vor.
Kohlenstoff ist das Element, welches am meisten Verbindungen mit anderen Elementen eingehen kann.

 

1. Den Kohlenstoff aus Biomassen binden

Kohlenstoff kann - vereinfacht gesagt - entweder reaktionsträge oder reaktionsfreudig sein. Ein gutes Beispiel seiner Reaktionsfreudigkeit ist die Verbrennung von Holz. Dabei entsteht CO2, also die Verbindung von Kohlenstoff mit Sauerstoff. Wenn wir dies verhindern wollen, dürfen wir Holz und andere Biomassen nicht verbrennen oder verrotten lassen, sondern kontrolliert verkohlen. In dieser Kohle liegt der Kohlenstoff reaktionsträge in konzentrierter Form vor.

2. Keine einfache Namensfindung

Wie kann man nun diese Art Kohle nennen, welche mithilft, dass kein zusätzliches CO2 gebildet wird? Im angelsächsischen Sprachraum spricht man dann von Biochar. Ins Deutsche übersetzt wird daraus die Pflanzenkohle. Doch diese Etiketten sind nur ein Teil des gesamten, klima-positiven Kohle-Ökoystems. Ein historisches Vorbild, die Schwarzerde im Amazonas (Terra Preta), enthält einen ganzen Katalog von Stoffen, so auch Asche. Doch Asche, das Endprodukt der Verbrennung ist keine Kohle mehr. Denn praktisch der gesamte Kohlenstoff wurde mit dem Sauerstoff gebunden und gasförmig. Asche enthält vorwiegend Mineralstoffe giftiger wie ungiftiger Natur. Asche wirkt jedoch bei gewissen Anwendungen ebenfalls als Prozessverstärker.

3. Die kontrollierte Verkohlung von Biomassen und anderen Kohlenstoff-reichen Stoffen

Damit wir den reaktionsträgen Kohlenstoff erhalten, werden geeignete Ausgangsstoffe in einem Ofen unter Sauerstoffausschluss pyrolysiert. Dabei wird die Struktur der Ausgangsstoffe durch Druck und Temperatur aufgebrochen. Es entstehen Gase und feste Reststoffe. Das gewünschte Endprodukt, die kohlenstoff-reiche Kohle hat nun eine beachtliche Reihe von Fähigkeiten. Da ist ihre grosse Oberfläche – 1 Teelöffel (1gr) Pyrolysekohle kann eine Oberfläche von 200-1000m2 haben. Aktivkohle für die Medizin oder Abwasserfilterung weist solch grosse Oberflächen auf.

Pyrolysekohle unter dem Elektronenmikroskop: Es zeigen sich unzählige Poren und Vertiefungen in der Oberfläche.
Diese Struktur und die grosse Oberfläche sind verantwortlich für viele nützliche Funktionen.
Die Grösse und Art der Poren beeinflussen zudem Aufnahme und Abgabe von Nutz- und Schadstoffen –
je nach Aufgabenstellung. Bildnachweis:biocharproject.org

4. Eigenschaften: Die Pyrolysekohle als Katalysator

Seit alle Autos einen Katalysator besitzen, hat sich dieser Begriff im täglichen Sprachgebrauch etabliert. Doch was genau macht ein Katalysator? Im Auto filtert der Katalysator Schadstoffe aus der Kraftstoffverbrennung. So können sie nicht in die Atmosphäre gelangen.

 

Autokatalysatoren arbeiten ebenfalls mit grossen, wabenartigen Oberflächen und bieten mit ihren Beschichtungen und chemischen Eigenschaften ausreichend Raum für die nötigen Schadstoffbindungen. Auch die Pyrolysekohle mit ihrem hohen Gehalt an reaktionsarmem Kohlenstoff funktioniert als eine Art „passiver Gastgeber“ für vielfältige chemische, biologische und physikalische Prozesse. Will man mit ihrer Hilfe Schadstoffe filtern oder Nutzstoffe speichern und transportieren bzw. auch nur schon Wasser binden (Speicherfähigkeit 5x das Eigengewicht der Kohle) eröffnen sich unzählige sinnvolle Verwendungsmöglichkeiten. Und den letzten Trumpf spielt die Pyrolysekohle aus, indem sie – statt in Biomasse verbrannt oder verrottet und damit als CO2 in die Atmosphäre entweicht – für viele Jahrzehnte, Jahrhunderte oder sogar Jahrtausende ruhend in den gewählten Verbindungen liegt. Damit haben wir die gewünschte Reduktion von CO2! Vereinfacht gesagt, ermöglicht die Kohle als Prozessvermittler viele gewünschte Reaktionen anderer Stoffe.

5. Landwirtschaft, Baustoffe, Kunststoffe, Filter……

Schauen wir uns das Potential der Pyrolysekohle an, sehen wir an jeder Ecke sinnvolle Verwendungsmöglichkeiten. Im Buch „Cooldown“ von Albert Bates und Kathleen Draper (erhältlich beim Deutschen Pflanzenkohleverband fvpk.de) stellen die Autoren ein Füllhorn von Chancen vor. Wenn das 20. Jahrhundert, das Jahrhundert der Verbrennung fossiler Rohstoffe wie Gas, Kohle und Erdöl war, ist das 21. Jahrhundert die Zeit der Biomassen-Kohlenstoff-Senken. Statt Recycling wird Up-Cycling gemacht und Kreisläufe zeigen, wie wir Rohstoffe immer wieder neu zusammensetzen können (Beispiel Legosteine). 6. Wie wird die Pyrolysekohle und ihre Verwendung Allgemeingut? Hier liegt, wie bereits oben erwähnt eine grosse Hürde: Klimaschutz und Klima-positive Aktivitäten sind heute nicht nur positiv besetzt. Viel wurde darüber geschrieben, gemahnt und gefordert, aber die konkret messbaren Ergebnisse sind noch überschaubar. Da muss auch die Pyrolysekohle durch. Skepsis und das Verständnis über die oben beschriebene Kette von Teilaspekten sind kritische Hürden. Dazu kommt, dass Kohle assoziiert wird mit schwarz, schmutzig, russig, ungesund. Hier das Potential zu sehen, ist eine Herausforderung.

„Dummerweise“ versteckt die Pyrolysekohle auch ihre vielen Fähigkeiten vor dem blossen Auge! Es passiert nichts sofort, es braucht Zeit, bis sie ihre positiven Eigenschaften zeigt. Nehmen wir ein Praxisbeispiel: Erwiesenermassen kann die Pyrolysekohle in der Landwirtschaft und der Tierpflege sehr gute Dienste leisten (dann wird sie als Pflanzenkohle verwendet, da nur ausgesuchte pflanzliche Rohstoffe aus Biomasse pyrolysiert werden dürfen). Man weiss heute, dass sich ein Kuhpansenmillieu, das regelmässig Pflanzenkohle als Futterzugabe erhält, ähnlich wie mit probiotischen Ergänzungsmitteln, positiv verändert.

Beispiel aus einer Trickanimation, welche den Weg des Futters durch die vier Mägen der Kuh zeigt. Bakterien wandeln die Zellulose in Fette, Eiweisse und Zucker um. Als Nebenprodukt entsteht u.a. Methan.

7. Sicherheit als zentraler Baustein des Erfolgs der Pyrolysekohle

Pyrolysierte Biomasse oder Autoreifen, giftiges Bauabfallholz oder Lebensmittelreste, Klärschlamm oder Nussschalen – all diese Ausgangsmaterialien sehen nach einer Pyrolyse oder primitiven Verkohlung ziemlich ähnlich aus. Im linken Bild haben wir noch pflanzlich-holzige Strukturen, das Bild rechts zeigt nur ein schwarzes Pulver. Schon früh haben Pioniere wie das Ithaka-Institut darum einen Qualitätsstandard namens EBC entwickelt. Das European Biochar Certificate stellt sicher, dass die gewonnene Kohle schadstofffrei und unbedenklich verwendet werden darf. Sowohl die Ausgangsstoffe wie das Endprodukt Kohle werden geprüft, analysiert und auf ihre Zusammensetzung hin für bestimmte Einsatzbereiche freigegeben.

8. Neue Kreisläufe schaffen

Wie kann nun der gewonnene Kohlenstoff gezielt, funktionell und wertschöpfend eingesetzt werden? Täglich fallen ja Unmengen an Biomassen und andere, Kohlenstoff-haltige „Abfälle“ an. Damit diese „Rohstoffe“ nicht über grosse Distanzen bewegt werden müssen (und damit die CO2-Bilanz erneut belasten), sind lokale und regionale Verwertungs-Hotspots sinnvoll. In Europa eignen sich Gemeinden oder Gemeindeverbünde dafür ideal. Sie kennen bereits vielerorts das Prinzip der regionalen Sammelstellen, z. B. für Abwässer in ARAs. Zudem müssen wir – wie bereits erwähnt – das Prinzip der Kreisläufe vom Recycling zum Up-Cycling erweitern.

Niemand käme auf die Idee, ein mit Legosteinen gebautes Objekt nach Gebrauch wegzuwerfen! Vielmehr wird das Objekt in seine Einzelteile zerlegt und kann für neue Objekte eingesetzt werden. Dies erlauben uns auch die weitaus meisten Stoffe, welche wir für den täglichen Gebrauch nützen.

Modell einer zukünftigen Biomasse-Kreislaufwirtschaft

Gemeinden geben heute gutes Geld aus, um ihre Siedlungsabfälle zu entsorgen. Organische „Abfälle lassen sich zwar kompostieren, doch auch dieser Prozess stösst bei der Verrottung CO2 aus. Klärschlamm wird getrocknet und in KVAs oder Zementwerken verbrannt. Wertvolle Stoffe wie Phosphor oder Stickstoff gehen dabei dem Kreislauf verloren. Gemeinden „sitzen“ auf einem kleinen Vermögen wertvoller Rohstoffe, welche mit der Pyrolyse erneut sinnvoll und wertschöpfend eingesetzt werden können.

9. Verbrennen und Pyrolyse

Wie bereits erwähnt, wird bei einer Verbrennung von Biomasse netto zwar kein neues CO2- gebildet, welches nicht bereits in den Stoffen gespeichert wurde und ist somit Klima-neutral, aber der wertvolle Kohlenstoff geht verloren! Holzschnitzelheizungen nützen zwar auch das Prinzip der Pyrolyse. Die entweichenden Gase werden jedoch für den Ausbrand des Holzes genutzt, während in der indirekten Pyrolyse kein Verbrennen sondern eben ein Verkohlen stattfindet. Im Endeffekt enthält die Asche einer Verbrennung nur noch kleine Mengen an Kohlenstoff, während aus der Pyrolyse der hochwertige Kohlenstoff mit einem Reinheitsgrad von bis zu 90% gewonnen wird.

 

10. Eine beachtliche Herausforderung

Nach obiger Auslegeordnung wird klar, dass es viel zu tun gibt, damit die Pyrolysekohle ihren wichtigen und verdienten Weg zur breiten Anwendung gehen kann! Da sie ihre Schätze mit einem schwarzen „Kleid“ umhüllt und nicht ganz einfach verstanden wird, ist sie auf eine Begleitung angewiesen. Da sind zum einen viele Pioniere, welche grossartige Arbeit leisten und Rückschläge verdauen müssen. Hier teilt die Kohle das Schicksal mit anderen Technologien, welchen das „sexy“ Outfit fehlt. Im Zusammenhang mit der Reduktion von CO2 wird lieber über gigantische HighTech-Projekte berichtet, wo riesige, stählerne Filterwände jene rund 400 CO2-Teilchen aus einer Million anderer Teilchen filtern müssen. Da ist die Pyrolysekohle viel bescheidener am Wirken und kann bereits im Kleinen das 2.5-3fache an CO2-Ausstoss verhindern. Darum sind gut verständliche, anschauliche Geschichten gesucht, welche die Wirksamkeit der Kohle plakativ zeigen und zur Nachahmung anregen. Da sind kreative Menschen gefragt, welche der unscheinbar wirkenden Pyrolysekohle und ihren Klima-positiven Talenten und Eigenschaften zu einem bunten, zuversichtlich stimmenden Auftritt in der Öffentlichkeit verhelfen können. Auch kennen wir heute noch nicht alle Verwendungsmöglichkeiten der Pyrolysekohle. Doch regelmässig tauchen neue Einsatzfelder auf und faszinieren! Und obwohl Kohlenstoff eigentlich nur 0,087% der Erdhülle ausmacht und 99,8% davon in Gesteinen gebunden ist, ist er unser Schlüssel zum Leben. Und sein sensibles Gleichgewicht in der Biosphäre stellt den entscheidenden Faktor dar, ob der Mensch in Zukunft noch Platz darin haben wird oder lediglich angepasste Mutationen, welche mit einem heissen, feuchten Klima umgehen können.

14.12.21/Roland Christen