Projekte
Innovative Verfahren zur Karbonisierung von Pflanzenresten zu Biokohle
Biokohle aus organischen Abfällen durch die BSP-Technologie
Große Potenziale durch Nutzung von Bioreststoffen
Klimapositive Abfallverwertungsstrategie
Biokohle / Pflanzenkohle als vielseitig einsetzbares Produkt
Das BSP-Verfahren (Biomass Steam Processing, Biomassekarbonisierung) ist eine innovative und energieeffiziente Technologie zur Verwertung von feuchten und trockenen pflanzlichen Reststoffen, wie organischem Haushaltsabfall, Reststoffen aus der Landwirtschaft und Park- und Gartenpflegegut.
Es wurde am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mit Fördermitteln der Energie Baden-Württemberg AG (EnBW AG) entwickelt und von der EnBW AG patentiert.
Durch den Einsatz der BSP-Technologie kann die kostenintensive Entsorgung von bisher nicht nutzbaren Abfallströmen vermieden und gleichzeitig ein wertvoller Rohstoff (Biokohle) erzeugt werden. Eine Drehrohranlage mit angeschlossener Abgaswärmenutzung wurde erfolgreich in Betrieb genommen.
Im Auftrag der EnBW Energie Baden-Württemberg AG errichtete die Live Energies GmbH eine Demonstrationsanlage für die Biomasse-Karbonisierung nach dem BSP-Verfahren am Standort einer Kompostierungsanlage. Die Anlage erreicht einen Durchsatz von circa 2.500 t/a und verwertet verschiedene biogene Reststoffströme der Kompostierung.
Weitere große Meilensteine waren die Erreichung der Konformität des Betriebs mit den emissionsbezogenen Vorgaben der TA Luft (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft) sowie die Zertifizierung des Produkts „Biokohle aus einem Abfallstrom“ als Input nach REACH.
Während des Prozesses wird die Biomasse für circa eine Stunde bei 300–350 °C in Wasserdampfatmosphäre thermisch behandelt. Das Zielprodukt ist eine kohlenstoffangereicherte Biokohle, welche in verschiedenen Anwendungen, wie zum Beispiel als Bioenergieträger, Bodenverbesserer für degradierte Böden oder CO2-Speicher eingesetzt werden kann. Weiter ist auch eine Nutzung als Rohstoff für die Produktion von Aktivkohle möglich.
Die Anlage auf Reststoffströme mit einer großen Bandbreite an Wasser- und Aschegehalten angepasst und optimiert und so ein energieeffizienter Verwertungsprozess demonstriert.
Die Heterogenität der Einsatzstoffe mit hohen Störstoffanteilen erfordert eine robuste und zuverlässige Anlagentechnik für den automatisierten Betrieb. Dies kann mit der Drehrohrtechnik und geeigneten Förderkomponenten erreicht werden.
Verarbeitet werden können organische Reststoffe (nass und trocken), wie sie in der Land- und Waldwirtschaft, kommunalen Grünpflege, Industrie oder in den Haushalten anfallen.
Vorteile des von uns umgesetzten BSP-Verfahrens
Die vorteilhaften Eigenschaften gegenüber der langsamen Pyrolyse und der HTC:
Niedrige Investitionskosten: Geringerer technischer Aufwand, da weder mit hohen Drücken noch hohen Temperaturen gearbeitet wird.
Wesentlich schneller Durchlauf: Katalytische Wirkung des Wasserdampfs auf die Abbaureaktionen der Karbonisierung bei moderaten Prozesstemperaturen.
Vorteile des atmosphärischen Drucks: Geringer Bedarf des anlagentechnischen Aufwands in der Konstruktion/Bau und im Betrieb, wodurch die Investitions- und Betriebskosten kostengünstiger sind.
Nach der Inbetriebnahme der innovativen BSP-Anlage testete Live Energies zwischen 2020 und 2023 verschiedene Rohstoffe, um den Prozess für eine Vielzahl von Materialien zu optimieren und die damit verbundene Komplexität zu erforschen.
Für diese Forschungsarbeit wurde das Unternehmen von der Bescheinigungsstelle Forschungszulage als forschendes Unternehmen zertifiziert.
Das Endprodukt ist eine kohlenstoffangereicherte Biokohle, welche sowohl im landwirtschaftlichen, als auch im technischen Bereich eingesetzt werden kann.
Anwendungen der Biokohle bzw. der daraus hergestellten Produkte im Überblick:
Bodenverbesserung: optimiert die Bodenstruktur, erhöht die Wasserhaltefähigkeit und Nährstoffverfügbarkeit, fördert das Pflanzenwachstum und speichert Kohlenstoff im Boden. Zusätzlich können durch die Biokohle Schwermetalle und Pestizide im Boden gebunden werden. Dadurch kann deren Verfügbarkeit für Pflanzen und Mikroorganismen reduziert und die Auswaschung ins Grundwasser verhindert werden.
Kompostzusatz: Biokohle verbessert den Lebensraum für Mikroorganismen und ist ein Speichermedium für Nährstoffe und Wasser. Dies beschleunigt den Zersetzungsprozess und verbessert die Kompostqualität.
Tierhaltung: im Bereich der Futtermittel kann sie als Zusatz die Verdauung unterstützen und als Einstreu die Geruchsentwicklung reduzieren.
Energiegewinnung: als nachhaltiger Brennstoff zur Energiegewinnung reduziert sie den Ausstoß von CO2. Beim Einsatz in einer Biogasanlage kann Biokohle durch den hohen Kohlenstoffgehalt und den positiven Einfluss auf die Mikroorganismen den Gasertrag um 10–20 % steigern (Rödger, Jan-Markus, et al. 2013).
Zusammenfassung
- Das BSP-Verfahren (Biomass Steam Processing) ist eine energieeffiziente Technologie zur Verwertung feuchter und trockener Biomasse, entwickelt am KIT und patentiert von der EnBW AG.
- Es nutzt die Eigenfeuchtigkeit der Biomasse zur Erzeugung einer überhitzten Dampfatmosphäre bei moderaten Temperaturen und atmosphärischem Druck. Dadurch ist ein kontinuierlicher, kostengünstiger Betrieb ohne aufwendige Technik möglich. Das Verfahren erzeugt Biokohle, die vielseitig einsetzbar ist – etwa zur Bodenverbesserung, Kompostierung, Energiegewinnung, Schadstofffilterung und in der Bau- oder Textilindustrie.
- Die Live Energies GmbH setzte die innovative Technologie in einer Demonstrationsanlage mit 2.500 t/a Durchsatz auf dem Gelände einer Kompostierungsanlage um und nahm sie erfolgreich in Betrieb.
Projektbeschreibung in Tabellenform
Publikationen
Jatropha – Potential of biomass steam processing to convert crop residues to bio-coal and thus triple the marketable energy output per unit plantation area. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926669019303152
Aktivkohle aus organischen Reststoffen
Aktivkohle wird in vielen Anwendungen und Prozessen in der Industrie, der Medizin und im täglichen persönlichen Gebrauch eingesetzt.
Dazu gehören:
- katalytisch unterstützte Reaktionen in der chemischen Industrie
- Einsatz als Filtermaterial zur Reinigung von Gasen und Flüssigkeiten
- Anwendung in Kosmetika und Lebensmitteln
Aktivkohle (AC) wird meist aus fossilen Rohstoffen wie Stein- und Braunkohle, aber auch aus Nussschalen (z. B. Walnuss oder Kokosnuss) hergestellt. Die Herstellung erfolgt entweder durch chemische Aktivierung, bei der Chemikalien zur Vergrößerung der Oberfläche eingesetzt werden, oder durch thermische Aktivierung, bei der der Rohstoff bei 600–1000 °C in einer Kohlendioxid- oder Wasserdampfatmosphäre behandelt wird. Gebrauchte AC kann in der Regel unter Teilverlust der Adsorptionskapazität reaktiviert und wiederverwendet werden.
Verarbeitet werden können organische Reststoffen (nass und trocken), wie sie in der Land- und Waldwirtschaft, kommunalen Grünpflege, Industrie oder in den Haushalten anfallen.
Sowohl die weltweite, wie auch regionale Nachfrage nach erneuerbar hergestellter Aktivkohle steigt aufgrund der vielen Anwendungsmöglichkeiten erheblich.
Die Live Energies GmbH verfügt über eine experimentelle Anlage (Mini-Drehrohrofen), um den Aktivierungsprozess verschiedener biobasierter Rohstoffe zu evaluieren. In Zusammenarbeit mit der EnBW AG und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wurde ein Projekt durchgeführt, um ein umfassendes Verständnis der Prozessparameter der Aktivierung zu erhalten. Ziel ist es, eine effiziente und nachhaltige Produktion von Aktivkohle aus verschiedenen Ausgangsstoffen zu erreichen.
Darüber hinaus hat die Forschung gezeigt, dass die Kombination von BSP-Prozess und Aktivierung von großem Vorteil ist. Durch eine vorgeschaltete Karbonisierung kann Abfallbiomasse stabilisiert und als potenzielles Einsatzmaterial für die Aktivierung homogenisiert werden.
Ohne diesen Verfahrensschritt wäre besonders feuchte und ligninarme Biomasse nicht für eine Aktivierung geeignet.
Die Forschungen tragen dazu bei, eine modulare Aktivierungseinheit für BSP-Karbonisierungsanlagen zu entwickeln, um das Anwendungsspektrum der BSP-Technologie zu erweitern.
Den globalen Schadstoff PFAS entfernen und dabei Biokohle und Energie gewinnen
Dekontamination von Böden und Reduktion von Folgebelastungen
Langfristige Strategie zur Nutzbarmachung belasteter Böden
Biokohle aus belastetem Pflanzenmaterial
Live Energies führt derzeit eine vom BMWE über ZIM finanzierte Studie zur Dekontamination von PFAS im Boden durch.
Die Belastung von (Acker-)Böden mit polyfluorierten Kohlenwasserstoffen (PFAS) stellt weiterhin eine große Herausforderung für die Nutzbarkeit von Ackerland sowie die Reinheit des Grundwassers dar.
Der von der Live Energies GmbH verfolgte Ansatz zur langfristigen Dekontamination ist, die betroffenen Böden mit geeigneten Pflanzen zu bewirtschaften und die anfallende belastete Biomasse zu karbonisieren. Hierbei können die problematischen Verbindungen abgebaut werden und gleichzeitig Biokohle und Prozesswärme aus einer regenerativen Quelle produziert werden.
Die Live Energies GmbH hat in abgeschlossenen Projekten Erfahrungen zum Abbau von PFAS-belasteten Biomassen mittels Karbonisierung erlangt und befasst sich mit der Realisierung der Technologie. Hierzu arbeiten wir sowohl mit renommierten Forschungsinstituten als auch mit betroffenen Gemeinden und Verbänden zusammen, um ein Maximum an Know-how und Erfahrungen bei der Umsetzung zu erlangen.
Projektbeschreibung in einer grafischen Zusammenfassung am Beispiel von Mais
Was sind PFAS (per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen)
Zusammenfassung
- Belastete Böden und Grundwasser durch PFAS sorgen für hohe Kosten.
- Aktuell gibt es kein Verfahren zur Dekontamination im technischen Maßstab.
- Live Energies verfolgt Phytosanierung von Böden durch Bewirtschaftung mit
geeigneten Pflanzen und Karbonisierung von anfallender belasteter Biomasse. - Verfahrensoptimierung durch wissenschaftliche Untersuchungen zum Abbau von Schadstoffen.
- Die entstehende Biokohle sowie die Prozesswärme als Baustein für klimaneutrale Wärmeversorgung.
- Im Rahmen einer ZIM-Durchführbarkeitsstudie wird der thermische Abbau der Schadstoffe weiter
wissenschaftlich untersucht, um das Verfahren kontinuierlich zu optimieren.
Gewinnung konzentrierter Nährstoffe aus Gülle mit Biokohle
Die intensive Viehzucht verursacht Umweltprobleme aufgrund der nährstoffreichen Exkremente, die von den Tieren produziert werden.
Gegenwärtig werden die Abfälle aus der Viehzucht entweder direkt oder als Biogas-Gärrückstände in den Boden eingebracht, was zu einer übermäßigen Nährstoffanreicherung im Boden und Grundwasser führt. Die Gülle hat in der Regel einen hohen Wassergehalt von über 90 %. Auch nach der Produktion von Biogas enthält die Gülle einen hohen Anteil an Wasser, und ist reich an verschiedenen Nährstoffen. Das hohe Volumen mit einer relativ geringeren Konzentration der mineralischen Nährstoffe schränkt jedoch die Transportfähigkeit des Düngers ein, was in einer Ausbringung in der Nähe der Betriebe selbst resultiert.
Ein transportierbarer, konzentrierter Mineralstoffdünger aus der Gülle kann eine solche regionale Überdüngung vermeiden und organischen Dünger auch für andere Gebiete bereitstellen.
Abb.: verschiedene organische Düngemittel aus Gülle
Die Live Energies GmbH entwickelt in Zusammenarbeit mit der Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie der Universität Hohenheim Verfahren, um überschüssige Nährstoffe aus der Gülle zu entfernen und zu transportfähigem organischen Dünger zu konzentrieren.
Projekte
Karbonisierung
Jatropha ↵
Biogas ↵
