Kategorie: Publikationen

Sudipta, R. et al. (eds.), 2023, Springer Nature Singapore

ISBN 978-981-19-2490-3

Dieses Buch behandelt systematisch die Grundlagen und Anwendungen von modifizierter Pflanzenkohle. Die 19 Kapitel sind in 3 Abschnitte unterteilt, die einen ganzheitlichen Überblick für Forschende aus allen verwandten Bereichen bieten. In den Abschnitten 1 und 2 wird der Pyrolyseprozess vorgestellt, einschließlich der Vorteile und Grenzen der physikalischen, chemischen und biologischen Modifikationsverfahren und der Charakterisierung von modifizierter Pflanzenkohle. Abschnitt 3 beleuchtet das breite Anwendungsspektrum von modifizierter Pflanzenkohle in Brennstoffzellen und Batterien, die Sanierung organischer und anorganischer Schadstoffe aus Boden und Wasser sowie die Bodendüngung. Aufgrund seines Umfangs spricht das Buch eine breite Leserschaft in verschiedenen Bereichen des Chemieingenieurwesens, der Materialwissenschaften und der Umweltwissenschaften an.

Dänemark, eines der führenden europäischen Länder in Bezug auf den Klimaschutz, hat ein umfassendes Pyrolyse-Arbeitsprogramm und eine Strategie veröffentlicht, die darauf abzielen, die weit verbreitete Einführung von Biochar (Biokohle) in der Landwirtschaft zu beschleunigen.

In Anerkennung des erheblichen Einflusses, den Biochar im Kampf gegen die Klimakrise haben könnte, beabsichtigt Dänemark, Biochar als ergänzenden Ansatz zu seinen anderen Maßnahmen zu nutzen, die auf das Ziel hinarbeiten, bis 2045 Netto-Null zu erreichen und bis 2050 eine kohlenstoffnegative Wirtschaft zu werden.

Mit dieser neuen, ausgefeilten Strategie hofft die dänische Regierung, Richtlinien festzulegen, die die größten Hindernisse beseitigen, die der Skalierung der Nutzung von Pflanzenkohle im Land im Wege stehen.

Die neu veröffentlichte Strategie für Pflanzenkohle folgt auf eine Ankündigung der dänischen Regierung Anfang des Jahres, in der sich die Regierung des Landes zu einer Investition von 1,35 Milliarden (1,4 Milliarden US-Dollar) verpflichtete, um die Einführung von Pflanzenkohle in der Landwirtschaft zu fördern, in der Hoffnung, bis 2030 etwa 1,8 Millionen Tonnen Kohlendioxid zu reduzieren.

WissenschaftlerInnen haben in einer neuen Studie gezeigt, dass Röhrchen mit Biochar (Pflanzenkohle) bis zu 92,6 % von Mikroplastik herausfiltern konnten.

Im Labor stellten die ForscherInnen mit Pflanzenkohle gefüllte Säulen her und experimentierten mit zwei Arten: Biochar aus Zuckerrohr und aus Kiefernholz. Frühere Forschungen deuten darauf hin, dass elektrostatische Wechselwirkungen zwischen Biochar und anderen Substanzen eine Rolle dabei spielen, Mikropartikel auf ihrer Oberfläche zu sorbieren.

Bei der genauen Beobachtung der fluoreszierenden Partikel, während sie Wasserproben durch diese Säulen strömten, stellten die Forscher fest, dass Biochar in der Lage war, erstaunliche 86 bis 92 % der Partikel von jeder Säule zu entfernen.

Von den beiden Arten von Biochar war Kiefernholz-Biochar besser als Zuckerrohr-Biochar darin, den Kunststoff einzufangen. Die Forscher vermuten, dass dies auf die größere, rauere und porösere Beschaffenheit der Kiefernholz-Biochar zurückzuführen sein könnte.

Wenn sich die Ergebnisse im Freiland replizieren lassen, würde dies eine Möglichkeit eröffnen, die meisten Plastikschadstoffe zu stoppen, die von Ackerland abfließen, bevor sie in Böden, Bäche und schließlich ins Meer gelangen.

Foto: https://www.flickr.com/photos/oregonstateuniversity/21282786668

Standardization, certification, and development of biochar-based fertilizer for sustainable agriculture: An overview

Divyangkumar et al., 2024

https://doi.org/10.1016/j.epm.2024.10.001

Die wachsende Weltbevölkerung und schrumpfende Ackerflächen stellen die Landwirtschaft vor Herausforderungen. Herkömmliche Düngemittel steigern die Produktivität, bringen aber auch ökologische und wirtschaftliche Bedenken mit sich. Langzeitdünger (slow-release-fertilizer) sind ein Versuch, eine nachhaltige Landwirtschaft zu unterstützen, indem Kosten und Umweltbelastungen gesenkt werden. Pflanzenkohle (Biochar), ein beliebter Bodenverbesserer, gewinnt für den Einsatz in Langzeitdüngern an Aufmerksamkeit. Dieser Bericht untersucht das Potenzial von Pflanzenkohle bei der Schaffung einer kohlenstoffneutralen Umwelt und gibt einen Überblick über SRF-Einstufungen, Biochar-Anwendungsstandards und globale SRF-Standards. Die Übersichtsarbeit schlägt auch mehrere Techniken vor, um die Wirksamkeit von Pflanzenkohle als Düngemittel zu verbessern, darunter Verkapselung, in-situ-Pyrolyse, Imprägnierung, Co-Pyrolyse und Granulation. Insgesamt wird die Verwendung von Langzeitdüngern auf Pflanzenkohlebasis als wirksamer und umweltfreundlicher Ansatz zur Förderung einer nachhaltigen Landwirtschaft angesehen, da sie umweltbewusste Technologien für ein verbessertes Pflanzenwachstum und eine verbesserte Qualität bietet.

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.

Foto: https://www.flickr.com/photos/foxypar4/

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