Aus­gangs­punkt

Die Studie von Meyer, Glaser und Quicker („Tech­ni­cal, Eco­no­mi­c­al, and Climate-Related Aspects of Biochar Pro­duc­tion Tech­no­lo­gies: A Lite­ra­tu­re Review“, Envi­ron­men­tal Science & Tech­no­lo­gy 2011) gibt einen guten Über­blick über die ver­schie­de­nen Ver­fah­ren, mit denen sich Pflan­zen­koh­le (Pyro­ly­se-Ver­fah­ren) und Bio­koh­le (Hydro­ther­ma­le Car­bo­ni­sie­rung) für die Boden­an­wen­dung her­stel­len lassen. Im Fokus stehen tech­no­lo­gi­sche, wirt­schaft­li­che und kli­mare­le­van­te Aspekte der Pflan­zen­koh­le-Her­stel­lung. Dafür wer­te­ten die Autoren knapp 30 wis­sen­schaft­li­che Studien aus.

 

Tech­ni­sche Unter­schei­dung

Fol­gen­de Her­stel­lungs­ver­fah­ren für Pflan­zen­koh­le bzw. Bio­koh­le wurden von den Autoren der Studie für die Analyse her­an­ge­zo­gen:

  • Tor­re­fi­zie­rung (Pyro­ly­se bei ca. 250–300 °C, Haupt­pro­dukt ist Kohle)
  • Lang­sa­me Pyro­ly­se (ca. 400 °C, Haupt­pro­dukt ist Kohle)
  • Mit­tel­schnel­le Pyro­ly­se /Intermediate Pyro­ly­se (ca. 450–600 °C, Haupt­pro­dukt ist ein Pyro­ly­se-Öl)
  • Schnel­le Pyro­ly­se /Flash-Pyro­ly­se (ca. 450–600 °C, Haupt­pro­dukt ist ein Pyro­ly­se-Öl)
  • Ver­ga­sung (ca. 800°C, Teil­oxi­da­ti­on, Haupt­pro­dukt ist ein Gas)
  • Hydro­ther­ma­le Carbonisierung/ HTC (ca. 180–220 °C, Haupt­pro­dukt ist eine Flüs­sig­keit)

Pyro­ly­se und Ver­ga­sung unter­schei­den sich durch die fast voll­stän­di­ge Abwe­sen­heit von Sauer­stoff beim Pyro­ly­se-Umwand­lungs­pro­zess. Pyro­ly­se-Tech­ni­ken können wie­der­um durch fol­gen­de Para­me­ter unter­schie­den werden

  • Reak­ti­ons­zeit (lang­sa­mer, schnel­ler Prozess)
  • Erhit­zungs­ver­fah­ren (Ver­bren­nung, elek­trisch, Mikro­wel­len)
  • Tem­pe­ra­tur
  • Ver­weil­zeit des Input­ma­te­ri­als

Bei der Hydro­ther­ma­le Car­bo­ni­sie­rung wird die Bio­mas­se bei rund 180–220°C zusam­men mit Wasser und unter Druck behan­delt. Output sind flüs­si­ge und gas­för­mi­ge Pro­duk­te.

Über die tech­ni­sche Reife /Marktreife der ein­zel­nen Systeme konnten die Autoren keine Aussage machen. Dafür war die Daten­la­ge nicht aus­rei­chend.

Wirt­schaft­lich­keit

Die Autoren standen bei der Aus­wer­tung der wirt­schaft­li­chen Daten vor fol­gen­der Her­aus­for­de­rung: Pflan­zen­koh­le wird oft zusam­men mit bio­ge­nen Ener­gie­trä­gern pro­du­ziert (Öl, Syn­the­se­gas). Ein wesent­li­cher Teil zielt in erster Linie auf die Bereit­stel­lung von Energie (Elek­tri­zi­tät oder Wärme) und nicht zur Pro­duk­ti­on von Pflan­zen­koh­le. Pflan­zen­koh­le ist oft nur das Neben­pro­dukt.

Zudem geben die Autoren zu beden­ken, dass die Märkte für rege­ne­ra­ti­ve Ener­gi­en (Bio­gas­an­la­gen) und Pflan­zen­koh­le um den­sel­ben Roh­stoff kon­kur­rie­ren. Ähnlich ist es beim Markt für Pflan­zen­koh­le als Boden­ver­bes­se­rer, dieser kon­kur­riert mit Pro­duk­ten wie Torf oder Kompost. Auch dieser Faktor wird in Zukunft über die Wirt­schaft­lich­keit eines Her­stel­lungs­ver­fah­rens ent­schei­den.

Die Her­stel­lungs­kos­ten schwan­ken in den Studien stark zwi­schen 51 USD/t (Pyro­ly­se-Pflan­zen­koh­le aus Gar­ten­ab­fall) und 386 USD/t (Holz­koh­le aus Retor­ten­ver­fah­ren). Ein aus­sa­ge­kräf­ti­ger wirt­schaft­li­cher Ver­gleich der Ver­fah­ren sei aber laut den Autoren auf­grund der gerin­gen Daten­la­ge nicht möglich.

Treib­haus­gas-Bilanz

Für eine voll­stän­di­ge CO2-Bilanz oder Treib­haus­gas-Bilanz (THG) des Pflan­zen­koh­le-Her­stel­lungs­pro­zes­ses müssen laut den Autoren fol­gen­de Fak­to­ren berück­sich­tigt werden:

  • Infor­ma­tio­nen zur Roh­stoff­be­reit­stel­lung (ein­schließ­lich direk­ter und indi­rek­ter Land­nut­zungs­än­de­run­gen)
  • Umwand­lungs­pro­zess selbst
  • Ver­wen­dung von Neben­pro­duk­ten
  • Pflan­zen­koh­le­an­wen­dung
  • Pflan­zen­koh­le-Sta­bi­li­tät im Boden
  • Ein­fluss der Pflan­zen­koh­le­an­wen­dung auf boden­be­zo­ge­nes N2O und CH4

Ver­läss­li­ches Daten­ma­te­ri­al hierzu konnten die Autoren nur für Pyro­ly­se-Ver­fah­ren finden. Einen posi­ti­ven Ein­fluss auf die THG-Bilanz der Her­stel­lungs­ver­fah­ren hat vor allem der CO2-Spei­cher-Effekt der Pflan­zen­koh­le im Boden. Eine Studie von Woolf et. al. (2010: Sustainab­le biochar to miti­ga­te global climate change.) kommt so auf ver­mie­de­ne THG-Emis­sio­nen von -1054 kg/ CO2 pro Tonne tro­cke­ner Bio­mas­se (mit einem durch­schnitt­li­chen Koh­len­stoff­ge­halt von 50%) und Jahr.

Doch auch hier schwan­ken die Werte zwi­schen den Studien stark. So ermit­teln die Autoren auch anhand eines Refe­renz­sze­na­ri­os einen gegen­tei­li­gen Effekt, nämlich erhöhte Treib­haus­gas­emis­sio­nen von 123 kg CO2 /t tro­cke­ne Bio­mas­se-Aus­gangs­ma­te­ri­al bei der Her­stel­lung von Pflan­zen­koh­le. Negativ auf die Bilanz aus­wir­ken können sich soge­nann­te indi­rek­te Land­nut­zungs­än­de­run­gen. Dar­un­ter ver­steht man den Effekt, dass eine bestehen­de Pro­duk­ti­on land­wirt­schaft­li­cher Güter durch den Anbau von Ener­gie­pflan­zen auf dem­sel­ben Grund­stück ver­drängt wird und deshalb neue Flächen für die Güter­pro­duk­ti­on erschlos­sen werden.

Ori­gi­nal­ar­ti­kel: Tech­ni­cal, Eco­no­mi­c­al, and Climate-Related Aspects of Biochar Pro­duc­tion Tech­no­lo­gies: A Lite­ra­tu­re Review.

Autor: Sebas­ti­an Meyer, Bruno Glaser, Peter Quicker

Erschie­nen in: Envi­ron­men­tal Science & Tech­no­lo­gy 45, 22, 9473–9483, Ame­ri­can Che­mi­cal Society 2011