Kategorie: Publikationen

Emission Factors for Biochar Production from Various Biomass Types in Flame Curtain Kilns

Cornelissen et al., 2024

https://doi.org/10.3390/app14219649

Einfache und kostengünstige Flammenvorhangöfen („Kon-Tiki“; flame-curtain-kiln) sind derzeit die bevorzugte Pflanzenkohletechnologie für Kleinbauern in den Tropen, sind aber global auch für private GarteneignerInnen, Kleingartenvereine etc. eine interessante Option für die Eigenversorgung mit Biochar.  Während für holzartige Rohstoffe (Zweige und Blätter) mit unterschiedlichem Feuchtigkeitsgehalt Gas- und Aerosolemissionen dokumentiert wurden, fehlten bisher Daten zu den Emissionen anderer Arten von Rohstoffen. Ziel dieser Studie war es, die Gas- und Aerosolemissionen für gängige nicht-holzige Rohstoffe zu dokumentieren und die Emissionen aus feinkörnigen, ligninreichen Rohstoffen (Kaffeeschalen) mit denen aus gröberen, ligninarmen Rohstoffen (Maiskolben, Gras, Sesamstängel) zu vergleichen. Während jedes Pyrolysezyklus wurden alle kohlenstoffhaltigen Gase und NOx mit tragbaren empfindlichen Instrumenten überwacht. Anhand von Kohlenstoffbilanzen wurden Emissionsfaktoren in Gramm pro Kilogramm Pflanzenkohle ermittelt. Die resultierenden Methanemissionen lagen bei nahezu Null (<5,5 g/kg Pflanzenkohle) für die Pyrolyse von drei trockenen (~10 % Feuchtigkeit) Maiskolben, Gras und einer 1:1-Mischung aus Gras und holzigen Zweigen. Bei Sesamstängeln wurde Methan während des Pyrolysezyklus nur in zwei verschiedenen Spitzen nachgewiesen. Die Kohlenmonoxid- (CO) und Aerosolemissionen (Total Suspended Particles, TSP) wurden auf einem Niveau gemessen, das den früheren Daten für trockene Zweige entspricht, während die Stickoxidemissionen (NOx) vernachlässigbar waren. Im Gegensatz dazu erzeugte die Pyrolyse von feinkörnigen Kaffeeschalen erhebliche Methan- und Aerosolemissionen, was darauf hindeutet, dass andere Technologien als Flammenvorhangöfen für feinkörnige Rohstoffe besser geeignet sind. In der Zwischenzeit sind fortschrittlichere Systeme mit Synthesegasverbrennung erforderlich, um bei feinkörnigen Biomassen wie Reis, Kaffee und Nussschalen die CO-, Methan- und Aerosolemissionen bei der Pyrolyse ausreichend zu reduzieren.

Comparison of pyrolysis and anaerobic digestion processes for wheat straw biomass

Castells et al., 2024

https://doi.org/10.1016/j.egyr.2024.10.016

Aufgrund des wachsenden Interesses an der Nutzung von Biomasse als erneuerbare Energiequelle stellt diese Studie eine vergleichende Analyse zwischen zwei prominenten Biomasse-Umwandlungstechnologien vor: der anaeroben Vergärung und der Biomassepyrolyse. Ziel dieser Studie mit Weizenstroh war es, den Wirkungsgrad, die Energieausbeute und die Umweltauswirkungen zu bewerten und zu vergleichen.

Die anaerobe Vergärung wurde unter mesophilen Bedingungen (35 ± 0,5 °C) unter Verwendung der Methode des biochemischen methanogenen Potentials (BMP) durchgeführt. Die Pyrolyse wurde mittels thermogravimetrischer Analyse (TGA) durchgeführt, um das thermische Verhalten und die kinetischen Parameter der Biomasse zu bestimmen. Die Biogasproduktion führte zu besseren energetischen Ergebnissen, da hohe Methanausbeuten von über 11 mL CH₄ g⁻¹ VS (flüchtige Feststoffe; volatile solids) erzielt wurden. Zusätzlich wurde die Integration beider Prozesse in Betracht gezogen, indem Gärreste aus der anaeroben Vergärung einem Pyrolyseprozess unterzogen wurden. Die wichtigsten Ergebnisse zeigen, dass die Aktivierungsenergie (Ea) für Weizenstroh über verschiedene kinetische Methoden hinweg zwischen 166 und 176 kJ⋅mol^-1 lag, was auf seine Eignung für die Pyrolyse hinweist. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass bei der anaeroben Vergärung nicht nur Biogas entsteht, sondern auch ein Nebenprodukt mit Potenzial für eine effiziente pyrolytische Umwandlung entsteht, was auf vielversprechende Chancen für eine Kombination von integrierter Abfallwirtschaft und erneuerbarer Energieerzeugung hindeutet.

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Dieser Bericht vom Deutschen Verband für Negative Emissionen (DVNE) und von der Boston Consulting Group (BCG) beschäftigt sich mit der Entnahme von Kohlendioxid (CDR) als integraler Bestandteil der Eindämmung des Klimawandels. Es werden 14 natur- oder technologiebasierte CO2-Entnahmetechnologien, darunter auch Pflanzenkohle, bezüglich Dauerhaftigkeit, Entnahmepotenzial, Umsetzbarkeit, Verifizierbarkeit, Skalierbarkeit und Kosten verglichen. Es wird ein 15-Punkte-Aktionsplan zur Überwindung von CDR-Hindernissen vorgestellt.

Dieses Weißbuch enthält die wichtigsten Erkenntnisse über die Notwendigkeit, die Chancen und die Maßnahmen, die erforderlich sind, um eine sichere und gerechte Kohlenstoffentfernungsindustrie in einem an Paris (COP 21) ausgerichteten Tempo und Umfang zu katalysieren.

N₂O (Lachgas) ist ein potentes Treibhausgas, das aus landwirtschaftlichen Böden entweichen kann und aus mikrobiologischen Prozessen bei der Stickstoffumsetzung im Boden entsteht. Diese Studie untersuchte das Reduktionspotential von Biokohle für den für N₂O-Emissionen aus dem Boden hauptsächlich verantwortlichen Prozess der Denitrifikation. Es wurde festgestellt, dass Biokohlen, welche bei höheren Temperaturen (600 °C) hergestellt worden waren, die Stickstoffverluste durch Denitrifikation wesentlich wirkungsvoller reduzieren als Biokohle einer Niedertemperatur-Pyrolyse (400 °C).  Zitat: Cayuela, M.L., Spott, O., Pascual, M.B. et al. Key biochar properties linked to denitrification products in a calcareous soil. Biochar 6, 90 (2024). https://doi.org/10.1007/s42773-024-00386-3

Bild adaptiert von Rice University https://phys.org/news/2022-06-agriculture-emissions-pose-health-climate.html

Präsentation von Thomas Miles (geschäftsführender Leiter der USBI) über Biokohle aus Klärschlamm auf einem PFAS-Workshop in North Carolina (22.8.2024, Charlotte).  An der Veranstaltung nahmen über 100 Teilnehmer teil, von denen 23 Entsorgungspartner waren, die mehr als ein Dutzend Entsorgungsunternehmen vertraten.

Die Thematik der „ewigen Chemikalien“ wie PFAS sorgte für erhebliches Interesse. Technologien zum PFAS-Abbau werden als wachsender Markt betrachtet.

Foto: Andrea Roskosch / UBA

Als Antwort auf den wachsenden Bedarf an nachhaltigeren Baupraktiken untersucht ein neues Positionspapier der Arbeitsgruppe „Materialien“ des EBI (European Biochar Industry Consortium e.V.) das Potenzial von Biokohle in Beton als langfristige Lösung zur Kohlendioxidentfernung. Biokohle reduziert nicht nur den Bedarf an herkömmlichem Zement, sondern bindet auch Kohlenstoff für Tausende von Jahren. Eine aktuelle Studie unter der Leitung von Prof. Hamed Sanei an der Universität Aarhus hat gezeigt, dass Biokohle, die bei hohen Temperaturen (über 550 °C) hergestellt wird, sehr stabil ist und ähnliche Eigenschaften wie Inertinit aufweist, die stabilste Form von organischem Kohlenstoff, die in der Erdkruste vorkommt. Damit ist Biokohle ein idealer Kandidat für die dauerhafte Kohlenstoffspeicherung. Das Positionspapier befasst sich auch mit den End-of-Life-Szenarien von Pflanzenkohle-Beton-Produkten. In typischen Recycling- oder Downcycling-Prozessen bleibt die Biokohle sicher in der Betonmatrix und stellt sicher, dass die Kohlenstoffspeicherung über viele Jahre hinweg anhält. Backenbrecher und Prallbrecher, die üblicherweise im Recycling eingesetzt werden, setzen Biokohle keinen Temperaturen aus, die eine Kohlenstofffreisetzung verursachen würden. Dies macht Biokohle zu einer sicheren und langlebigen Methode, um die Kohlendioxidentfernung in Baumaterialien zu integrieren.

Mit Hilfe eines Zement-Biokohle-Komposits können alte Bohrungen besser abgedichtet werden als mit Zement alleine.

Die Colorado State University veröffentlicht einen neuen Bericht über die Verwendung von Biokohle zum Verschließen von Öl- und Gasquellen.

Um das Widerstandsvermögen des Zements zu verbessern und damit das Risiko von Treibhausgas- und Flüssigkeitslecks aus verschlossenen Öl- und Gasbohrungen zu verringern, wurden Zementzusätze, insbesondere Biokohle, untersucht. Studien zeigen, dass Biokohle die mechanische Festigkeit einiger Zementkomposite verbessern und somit die Lebensdauer von Verschlussoperationen erhöhen kann. Biokohle ist auch in der Lage, einen Teil des bei der Zementherstellung entstehenden Kohlendioxids auszugleichen, indem sie große Mengen an Kohlenstoff langfristig bindet. Daher wurde die Machbarkeit von Biokohle-Zement-Verbundwerkstoffen für das Verschließen von Öl- und Gasbohrungen bewertet und technoökonomische Analysen durchgeführt, um die damit verbundenen Kosten zu ermitteln.

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Diese österreichische Norm über Pflanzenkohlen wurde in einer neuen Fassung veröffentlicht und regelt die Ausgangsmaterialien, Qualitätsanforderungen und die Untersuchungsmethoden für Pflanzenkohlen für die Anwendung als Bodenhilfsstoff und die Aufbereitung von organischen Stoffen aus der Landwirtschaft, z. B. Wirtschaftsdünger oder Kompost.

Biochar-concrete: A comprehensive review of properties, production and sustainability

Die Verwendung von Pflanzenkohle in Beton hat aufgrund ihres Potenzials, die Eigenschaften und die Nachhaltigkeit dieses Baustoffs zu verbessern, große Aufmerksamkeit erregt. Dieser ausführliche Bericht befasst sich mit verschiedenen Aspekten von Pflanzenkohle-Beton-Verbundwerkstoffen. Es beginnt mit der Definition der Pflanzenkohle und der Erforschung ihrer Produktionsmethoden, physikalischen und chemischen Eigenschaften. Darüber hinaus bietet der Bericht einen Überblick über Beton und hebt seine Zusammensetzung, Eigenschaften und die Herausforderungen hervor, die mit traditionellen Herstellungsmethoden verbunden sind. Die Einarbeitung von Pflanzenkohle in Beton bringt mehrere Vorteile mit sich, wie z. B. eine verbesserte Festigkeit und Haltbarkeit, verbesserte thermische Eigenschaften und das Potenzial zur Kohlenstoffbindung. Die Arbeit untersucht den Herstellungsprozess von Pflanzenkohle-Beton-Verbundwerkstoffen und umfasst Aspekte wie Einarbeitungsmethoden, Pflanzenkohleauswahl, Mischtechniken und Qualitätskontrollmaßnahmen. Darüber hinaus werden die Nachhaltigkeitsaspekte von Pflanzenkohlebeton unter Berücksichtigung seiner Umweltwirkung, der Ökobilanz, der Reduzierung des CO₂-Fußabdrucks und der wirtschaftlichen Machbarkeit bewertet. Der Bericht befasst sich auch mit den Herausforderungen und Zukunftsperspektiven von Pflanzenkohle-Beton-Verbundwerkstoffen sowie mit Möglichkeiten für Forschung und Entwicklung. Dieser umfassende Bericht bietet wertvolle Einblicke in die Eigenschaften, die Herstellung und die Nachhaltigkeit von Pflanzenkohle-Beton-Verbundwerkstoffen. Er dient als Leitfaden für weitere Fortschritte im Bereich des nachhaltigen Bauens.