Aus­gangs­punkt

Mit Pflan­zen­koh­le können Schad­stof­fe aus Böden, Gewäs­sern und Gasen ent­fernt werden. Laut Weber („Indus­tri­el­le Anwen­dun­gen von Bio­mas­se­kar­bo­ni­sa­ten. Adsorp­ti­ons­mit­tel“, in: Quicker/Weber 2016, Bio­koh­le) können dies sowohl orga­ni­sche Schad­stof­fe wie PAK, Anti­bio­ti­ka und andere Arz­nei­mit­tel­rück­stän­de sein sowie Pes­ti­zi­de, Her­bi­zi­de und Fun­gi­zi­de als auch Schwer­me­tal­le oder weitere Rück­stän­de aus Indus­trie­pro­zes­sen. Die Wirk­sam­keit der Abschei­dung (Adsorp­ti­on) hängt dabei von den Eigen­schaf­ten der Pflan­zen­koh­le, des Schad­stoffs und dessen Umge­bung ab.

Adsorp­ti­ons­pro­zess

Adsop­ti­on ist die Anhaf­tung eines flüs­si­gen oder gas­för­mi­gen Stoffes an der Ober­flä­che eines Fest­stof­fes. Dieser Prozess geschieht ent­we­der auf phy­si­ka­li­schem oder che­mi­schem Weg. Bei phy­si­ka­li­schen Anhaf­tun­gen eines Stoffes erfolgt die Anla­ge­rung auf­grund mole­ku­la­rer Ober­flä­chen­kräf­te (van-der-Waals-Kräften). Bei che­mi­schen Anla­ge­run­gen gehen der Schad­stoff und die Pflan­zen­koh­le eine che­mi­sche Reak­ti­on an der Ober­flä­che ein, diese Bindung ist in der Regel stärker.
Um eine mög­lichst hohe Adsorp­ti­ons­leis­tung zu erzie­len, werden Mate­ria­li­en mit einer porösen Struk­tur ver­wen­det. Poren werden in Mikro-, Meso- und Makro­po­ren ein­ge­teilt und sind zusam­men für eine sehr große Ober­flä­che ver­ant­wort­lich. Laut Weber ist bei indus­tri­el­len Adsor­ben­ti­en neben der Ober­flä­che und dem Poren­vo­lu­men auch die Dichte und Wär­me­leit­fä­hig­keit ent­schei­dend. Um eine Poren­struk­tur mit einer großen Ober­flä­che zu errei­chen, wird eine soge­nann­te Akti­vie­rung vor­ge­nom­men, die zu einer Erwei­te­rung und Ver­grö­ße­rung der Poren­struk­tur und damit auch der inneren Ober­flä­che führt.

Ein­satz­ge­bie­te

Die Fähig­kei­ten koh­len­stoff­hal­ti­ger Adsor­ben­ti­en wie bei­spiels­wei­se Aktiv­koh­le wird bereits auf meh­re­ren Gebie­ten erfolg­reich ein­ge­setzt:

  • Gas- und Luft­rei­ni­gung: Ein typi­scher Anwen­dungs­fall ist bei­spiels­wei­se die Abschei­dung von Queck­sil­ber aus Rauch­ga­sen nach der Ver­bren­nung. Hierfür wird in der Regel Aktiv­koh­le ein­ge­setzt.
  • Was­ser­auf­be­rei­tung: Aktiv­koh­le kommt bei­spiels­wei­se bei der Was­ser­auf­be­rei­tung in Klär­an­la­gen als soge­nann­te 4. Rei­ni­gungs­stu­fe zum Einsatz. Mit Hilfe von Aktiv­koh­le­fil­tern werden Mir­ko­ver­un­rei­ni­gun­gen (Mikro­plas­tik) eli­mi­niert.
  • Boden­sa­nie­rung: Hierfür werden Adsor­ben­ti­en in den Boden ein­ge­bracht, wo sie Schad­stof­fe wie Schwer­me­tal­le an sich binden und eine Aus­wa­schung ins Grund­was­ser ver­hin­dern. Für eine tat­säch­li­che Rei­ni­gung muss der Boden aber dennoch abge­tra­gen werden.
  • Ent­gif­tung in der Medizin: Gift­stof­fe können unmit­tel­bar nach der Ein­nah­me von Aktiv­koh­le im Magen gebun­den und aus­ge­schie­den werden. Aber auch Stoffe, die zwi­schen Leber, Darm und Gal­len­bla­se zir­ku­lie­ren und bereits in den Blut­kreis­lauf gelangt sind, können mit Hilfe von akti­vier­ter Holz­koh­le rückad­sor­biert werden.

Akti­vie­rung der Pflan­zen­koh­le

Wie in anderen Berei­chen auch, können laut Weber pyro­ly­tisch her­ge­stell­te Bio­mas­se­kar­bo­ni­sa­te (Pflan­zen­koh­le) bei der Abschei­dung fossile Res­sour­cen erset­zen und ergän­zen. Die Pflan­zen­koh­le wird oftmals ohne vor­her­ge­hen­de Kar­bo­ni­sie­rung als Adsor­bens ein­ge­setzt. Eine Akti­vie­rung ähnlich wie bei fos­si­ler Kohle ist aber möglich. Diese kann auf zwei Arten erfol­gen. Bei der phy­si­ka­li­schen Akti­vie­rung wird die Bio­mas­se erst kar­bo­ni­siert und anschlie­ßend durch die Zugabe von Dampf oder Koh­len­di­oxid akti­viert. Bei der che­mi­schen Akti­vie­rung wird die Bio­mas­se mit einer che­mi­schen Sub­stanz (z.B. NaOH, H3PO4 oder KOH) behan­delt und anschlie­ßend kar­bo­ni­siert. Die che­mi­sche Akti­vie­rung ist ein ein­stu­fi­ger Prozess und ver­gli­chen mit der phy­si­ka­li­schen Akti­vie­rung findet dieser meist bei nied­ri­ge­ren Pyro­ly­se­tem­pe­ra­tu­ren statt.

Ori­gi­nal­ar­ti­kel: Indus­tri­el­le Anwen­dun­gen von Bio­mas­se­kar­bo­ni­sa­ten. Adsorp­ti­ons­mit­tel

Autor: Kathrin Weber

Erschie­nen in: Peter Quicker, Kathrin Weber (Hrsg): Bio­koh­le. Her­stel­lung, Eigen­schaf­ten und Ver­wen­dung von Bio­mas­se­kar­bo­ni­sa­ten. Sprin­ger Verlag 2016, p. 277–279