Infrastrukturen erhalten und  CO2-neutral machen                     


Durch die grosse Oberfläche und Porenbildung bietet Kohlenstoff aus der Pyrolyse
eine Vielfalt von Materialeigenschaften.

Hafteigenschaften: Beliebige Nutz- oder Schadstoffe haften an/in der Kohlestruktur

Die Poren der Kohle funktionieren als Filter, Transport- und Depotbereich.

Hafteigenschaften: Beliebige Nutz- oder Schadstoffe haften an/in der Kohlestruktur

Unbehandelte Pyrolysekohle

Aufgeladene Pyrolysekohle

Pyrolysekohle ohne
ausreichendes
Haftungsvermögen

Die gewünschte Stoffe
trennen sich wieder
vom Kohlekörper

Modell einer Oberfläche von pyrolysierter
Pflanzenkohle. Unzählige Hohlräume
bilden das Depot für beliebige Stoffe.

Die Grösse und Verteilung der Poren ist entscheidend für die Aufnahme und Depotwirkung der Stoffe.

Den Wirkmechanismen auf der Spur

Pyrolysierte Kohle ist biologisch nicht aktiv. Sie wirkt eher als Verbinder und Katalysator über die Faktoren pH, Elektronenvermittler und Porenstruktur.

Zahlreiche Studien haben das Thema der Poren, ihre Grösse, Dichte und Entstehung während der Pyrolyse zum Thema.

Sowohl das Ausgangsmaterial wie der Verlauf der Pyrolyse beeinflussen diese Poren.

Mit den Poren eng verbunden sind Kapillarkräfte und die Funktion von Molekularsieben.

Kapillareffekt

Ein naheliegendes Beispiel dafür ist, wie sich Pflanzen mit Wasser versorgen: Die Wurzeln des Baumes nehmen Wasser und gelöste Mineralstoffe aus dem Boden auf. So entsteht ein stetiger Wasserstrom von den Wurzeln in die Blätter. Das Wasser verdunstet hauptsächlich durch die Spaltöffnungen der Blätter. Der Transport erfolgt durch die Kapillaren des Baumes.

Molekularsieb

Die Porosität der pyrolysierten Kohle wirkt auch als Molekularsieb. D.h. Poren einer Grösse <2 nm lassen höhermolekulare Stoffe oder Schadstoffe bzw. Pathogene nicht durch. Vor allen grössere Poren dienen als Transport bzw. Depotbereiche.

Die Kapillaren und Hohlräume der Ausgangsmaterialien

Schaut man sich Vergrösserungen pflanzlicher, holziger Zellaufaufbauten an, wird rasch klar, dass die ursprünglichen Kapillaren und Hohlräume mehrheitlich erhalten geblieben sind. Die Zellinhalte sind vergast, die Wände bleiben stehen!

Industrielle Aktivkohle wird auch aus Tierknochen pyrolysiert. Nebenstehend ein Bild, welches stark an die Porenstruktur der Kohle erinnert.

Oberflächen von pyrolysierter Kohle werden mit Stickstoff oder CO2 gemessen - BET-Messung.

 

Es ist nun Aufgabe der Forschung, die Wirkmechanismen der unterschiedlichen Biomassen und der geeigneten Pyrolyseprozesse zu definieren, damit die gewünschten Filter- und Depoteigenschaften stabil und jederzeit reproduzierbar erreicht werden können. Vermutlich liegt auch hier eine der Ursachen für unterschiedliche Studienergebnisse!

Quellen:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969720377354

https://link.springer.com/article/10.1007/s10163-017-0666-5

https://www.char-line.com/fileadmin/user_upload/datasheets_downloads/German/schmidt_et_al_2016_Einsatz_von_Pflanzenkohle_in_der_Tierfuetterung.pdf

https://de.wikipedia.org/wiki/Pflanzenkohle

https://www.youtube.com/watch?v=qSX4kbPurVE (Filterbeispiel Universität Bremen)