Bisheriges Biomasse-Management © MPI für für Kolloid- und Grenzflächenforschung

Bisheriges Biomasse-Management
Bei weitem der Großteil der Biomasse verrottet am Ort der Entstehung direkt wieder zu atmosphärischem Kohlendioxid und auch Methan, nur sehr kleine Mengen werden zu Mutterboden oder auf andere Weise zur Kohlenstoffsenke (etwa in Sümpfen oder auf dem Meeresgrund). Die jetzigen Technologien der Biomassenutzung umfassen – neben der direkten Verbrennung von Holz und Stroh – die alkoholische Gärung, die Erzeugung von Biogas in Faultürmen sowie die direkte Synthesegaserzeugung.

Vision eines alternativen Biomasse-Managements © MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung

Vision eines alternativen Biomasse-Managements
Durch die verschiedenen Techniken der hydrothermalen Karbonisierung kann man mit sehr hoher Kohlenstoffeffizienz künstlichen Mutterboden herstellen, der bei kargen Böden nachhaltig die Qualität verbessert. Auf diese Weise dient er der Bildung größerer Mengen Biomasse (negative CO2-Bilanz).

Der bei „vollständiger Karbonisierung“ aus Abfallstoffen entstehende Kohlenstoffschlamm lässt sich aber auch für energetische Zwecke nutzen, etwa in zentralen Anlagen zur Herstellung von Synthesegas. Oder er wird – so eine Vision – in Kohlenstoff-Brennstoffzellen verstromt. Ein besseres Verständnis der bei der Karbonisierung auftretenden Prozesse dürfte auch die direkte Gewinnung von flüssigen Brennstoffen erlauben, wobei hier aufgrund der involvierten chemischen Grundgleichgewichte Wasserstoff aus anderen Quellen zugeführt werden muss.

Der dritte Weg © MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung

Der dritte Weg
Kohlenhydrate wie Zellulose, Stärke und Zucker sind Energiespeichermoleküle, bei deren Verbrennung viel Energie frei wird. Bei der Verflüssigung von Zucker zu Alkohol gehen schon theoretisch 15 Prozent der gespeicherten Energie verloren, auch werden zwei der sechs Kohlenstoffatome gleich wieder als CO2 freigesetzt (Kohlenstoffeffizienz CE = 0,66). Bei der anaeroben Umsetzung, der Erzeugung von Biogas, gehen im Idealfall 18 Prozent Energie verloren, und die Hälfte des gebundenen Kohlenstoffs wird wieder freigesetzt.

Sowohl alkoholische Gärung als auch Biovergasung sind jedoch biologische Prozesse, die nicht so effizient ablaufen, wie das die Theorie vorhersagt. Der hier beschriebene Weg der hydrothermalen Karbonisierung bindet in einem chemischen Prozess nahezu 100 Prozent des ursprünglichen Kohlenstoffs als Kohle oder Mutterboden, wobei 66 Prozent des ursprünglichen Brennwerts erhalten bleiben, der Rest als Prozesswärme anfällt. Dieser dritte Weg ist überall dort sinnvoll, wo die direkte Verbrennung nicht möglich oder das entsprechende Material den biologischen Prozessen nicht ausreichend zugänglich ist.