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Grüne Kohle aus Pflanzen - CO2-neutral und unerschöpflich

Es ist eine Frage der Zeit, bis Kohle und Erdöl zur Neige gehen. Als Alternative lassen sich Pflanzen in fossile Energieträger umwandeln - mit dem Vorteil, dass bei der Verbrennung im Schnitt nur so viel CO2 frei wird, wie die Pflanze aus der Atmosphäre aufgenommen hat. Die Hohenheimer Professorin Andrea Kruse entwickelt Verfahren, wie sich grüne Pflanzen möglichst komplett industriell verwerten lassen.

Prof. Andrea Kruse erklärt, wie aus Biomasse künstliche Kohle wird. © H. Braitmaier

Als junges Mädchen in Darmstadt fand Kruse Chemie immer schrecklich. Sie kann sich noch genau erinnern, wie ihr Vater - ein Chemiker - sie mit seinem Fachwissen überschüttete, sobald sie es nur wagte, irgendetwas in diesem Bereich zu fragen. Dafür wollte die gebürtige Braunschweigerin irgendetwas mit Physik machen. Das schien ihr viel interessanter zu sein. Doch es sollte anders kommen, dank eines guten Chemie-Lehrers, der in der damaligen Abiturientin das Feuer für die Welt der Moleküle entfachte. Kruse studierte in Heidelberg Chemie und spezialisierte sich zunächst auf physikalische Chemie, und später auf die anwendungsorientiertere technische Chemie. In der Nutzung von Biomasse fand sie letztendlich ihre persönliche Herausforderung. „Biomasse ist kein Reinstoff, selbst Standort und Wetterbedingungen haben einen Einfluss auf die Inhaltsstoffe", erklärt die 48-Jährige, „und daraus soll ein möglichst einheitliches Produkt entstehen".

Der Fachbegriff, der Kruses Forschung treffend zusammenfasst, heißt Bioraffinerie. „Wir möchten die ganze Pflanze nutzen, um viele hochwertige Produkte zu erzeugen", erklärt Kruse und fügt hinzu: „Das schaffen wir nicht zu 100 Prozent, dann stellen wir eben noch ein paar weniger hochwertige Produkte her." Aus nachwachsenden grünen Pflanzen will das Team um Kruse in nur wenigen Stunden künstliche Kohle herstellen, wofür die Natur normalerweise Millionen von Jahren benötigt. Aber auch Öl, das zu Kraftstoffen veredelt werden kann, Wasserstoff für Brennstoffzellen und chemische Synthesen oder Basischemikalien für Kunststoffe lassen sich daraus erzeugen, die normalerweise aus Erdöl hergestellt werden.

Alchemie im Dampfkochtopf

Biokohle sieht aus und verhält sich ähnlich wie natürliche Braunkohle. © Roland Fritz/ Christina Ceccarelli

Die meisten bisherigen Verfahren sind auf trockene Biomasse wie Heu, Stroh oder Holz beschränkt, die nicht mehr als zehn Prozent Wasser enthalten darf. Kruses Team hingegen will auch grüne Pflanzen mit einem Wassergehalt von 80 bis 90 Prozent nutzen. Das Prinzip dahinter, die "hydrothermale Karbonisierung", klingt einfach: „Sie geben die breiige nasse Biomasse in etwas, das aussieht wie ein Dampfkochtopf, und lassen die Masse bei 200 Grad Celsius und einem Druck von circa 20 bar für vier Stunden kochen", erklärt die Chemikerin. Heraus kommt schwarze Kohle in wässriger Lösung, die noch etwa 80 Prozent des ursprünglichen Kohlenstoffgehalts und damit Energie des Ausgangsmaterials enthält. Aus dem schwarzen Brei muss schließlich noch das Wasser herausgepresst werden. Bei höheren Temperaturen und Drücken entstehen letztendlich Öle und Wasserstoff.

Die „Biokohle" sieht nicht nur aus wie natürliche Braunkohle, sie hat auch den gleichen Heizwert und ließe sich problemlos in Kraftwerken zu Strom oder Heizwärme verfeuern - und das klimaneutral. Noch ist es deutlich teurer Biokohle herzustellen, als Braunkohle abzubauen. „Der eigentliche Charme besteht darin, dass man das Verfahren zum Beispiel mit Biogasanlagen kombinieren könnte, indem man den Gärrest daraus weiter karbonisiert", sagt Kruse. Auch Nahrungsmittelreste, die sonst vielleicht weggeworfen werden, lassen sich karbonisieren, beispielsweise die Blätter von Zuckerrüben, Biertreber oder Abfälle bei der Saftherstellung. „Im Prinzip gehen alle grünen Pflanzen", erklärt Kruse. Die ersten Firmen stehen schon in den Startlöchern, um Biokohle kommerziell herzustellen.

Kohle für Ofen und Boden

Auf kargen Böden aufgebracht, könnte die Biokohle auch Nährstoffe und Wasser binden. Dieses alte Wissen eines Amazonas-Volkes wäre in Zukunft auch für Deutschland interessant, meint die Chemikerin: „Wenn es wegen des Klimawandels weniger regnet, ist eine Wasser-Speicherung sinnvoll." In dem nachwachsenden Rohstoff Pflanze steckt noch viel Potenzial, das Kruse zu nutzen gedenkt. Momentan teilt sie ihre Arbeitszeit auf zwischen dem Lehrstuhl an der Universität Hohenheim und einer Forschungsgruppe am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Die Biomasse-Expertise in Hohenheim und das ingenieurwissenschaftlich-chemische Wissen am KIT sind eine gute Kombination, um den ganzen Weg von der Pflanze zum Produkt zu gehen, findet Kruse.

Trotz der zeitraubenden Pendelei zwischen ihrem Wohnort in Bruchsal und den beiden Arbeitsstätten sowie einer ausklingenden Erkältung wirkt die gelockte Frau mit der Brille stets fröhlich. Ausgleich findet sie inmitten von zahlreichen Hortensientöpfen auf ihrem Balkon. „Ich habe meine Hortensien aber noch nie karbonisiert", sagt sie lachend, „ginge jedoch".

Glossar

  • Fossile sind aus der erdgeschichtlichen Vergangenheit stammende Überreste von Tieren oder Pflanzen.
  • Biogas ist ein brennbares Gasgemisch, das bei der Zersetzung von Biomasse (Fäkalien, Bioabfall, Stroh u. a.) entsteht. Dabei wird das komplexe organische Material mit Hilfe verschiedener Mikroorganismen unter Luftabschluss hauptsächlich in Kohlendioxid und Methangas umgewandelt.
  • Als Biomasse wird die gesamte Masse an organischem Material in einem definierten Ökosystem bezeichnet, das biochemisch – durch Wachstum und Stoffwechsel von Tieren, Pflanzen oder Mikroorganismen – synthetisiert wurde. Damit umfasst sie die Masse aller Lebewesen, der abgestorbenen Organismen und die organischen Stoffwechselprodukte.
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