HTC-Verfahren
- Bei der hydrothermalen Karbonisierung (HTC-Verfahren) wird Biomasse in Kohlenstoff umgewandelt.
- Der exotherme Prozess läuft bei einem Druck von 22?bar und einer Temperatur von 220 °C ab.
- Der robuste Prozess kann mit Standard-Technik aufgebaut werden und erzeugt eine Biokohle, deren Heizwert deutlich höher als der von Braunkohle ist.
Das Schweizer Unternehmen AVA-CO2 hat nun in Karlsruhe eine Anlage zur hydrothermalen Karbonisierung im Industriemaßstab in Betrieb genommen. Bild: AVA-CO2
Wofür die Natur mehrere Millionen Jahre braucht, läuft bei der hydrothermalen Karbonisierung (HTC) in zwei bis drei Stunden ab: Biomasse wird in einem Reaktor unter Druck und Luftabschluss bei Temperaturen um 200 °C in Kohle umgewandelt. Das Verfahren, das vom deutschen Chemiker Friedrich Bergius bereits 1913 entwickelt wurde, dämmerte nahezu einhundert Jahre im Dornröschenschlaf dahin. Zu billig waren fossile Energieträger wie Kohle, Öl und Gas, zu wenig drückte die Menschheit die Sorge um die Folgen des Kohlendioxid-Ausstoßes in die Atmosphäre.
Die Situation hat sich inzwischen grundlegend geändert. Zu den wirtschaftlichen Aspekten kommt dabei auch die weltweite Einführung von CO2-Zertifikaten. Und so wird seit einigen Jahren wieder an der wirtschaftlichen Umsetzung der Karbonisierung geforscht – mit dem Ziel, die „Inkohlung“ bei möglichst niedrigen Temperaturen und Drücken ablaufen zu lassen. Denn das Verfahren hat gegenüber anderen Technologien zur Nutzung von Biomassen einige entscheidende Vorteile: Der Prozess kann mit nasser Biomasse – ob Holz, Garten- und Agrarabfällen bis hin zu Klärschlamm – betrieben werden. Das Karlsruher Institute of Technology (KIT) schätzt, dass allein in Deutschland ein Potenzial von rund 70 Mio. Tonnen organischer Abfälle zur Nutzung als Biomasse besteht. Dazu kommt, dass der Prozess exotherm abläuft und sich – bei geeigneter Wärmenutzung und -führung – ohne externe Energiezufuhr betreiben lässt. Und je nach Nutzung der entstehenden Biokohle ist die Gesamtbilanz schließlich entweder CO2-neutral oder sogar CO2-negativ. Denn wird die Biokohle – oder aber deren Vorstufe „Biochar“ – beispielsweise zur Verbesserung nährstoffarmer Böden eingesetzt, entsteht eine Kohlenstoff-Senke.
Exothermer Prozess erzeugt
Kohle aus Biomasse
Das Schweizer Unternehmen AVA-CO2 hat nun in Karlsruhe eine Anlage zur hydrothermalen Karbonisierung im Industriemaßstab in Betrieb genommen. Mit einem Fassungsvermögen von 14?400 Litern und einer jährlichen Verarbeitungskapazität von 8?400 Tonnen Biomasse ist dem Unternehmen der Schritt aus der Forschung in die industrielle Anwendung gelungen. Die Besonderheit des Verfahrens besteht darin, trotz des Batch-Schrittes der Karbonisierung im Druckreaktor quasi kontinuierlich zu arbeiten. Erreicht wird dies durch die Kapazität des vorgeschalteten Mischtanks sowie des nachgeschalteten „Outlet Buffer Tanks“. Im über fünf Meter hohen „Mixing Tank“ wird die Biomasse durchmischt und auf rund 150 °C vorgeheizt. Im eigentlichen Reaktor läuft die chemische Reaktion der Inkohlung bei rund 220 °C und einem Druck von 22 bar ab. Dazu wird die Biomasse zunächst als wässrige Lösung erhitzt. Danach setzt ein exothermer Prozess ein, bei dem aus den organischen Verbindungen der Biomasse innerhalb weniger Stunden Hydroxid- und Hydroniumionen abgespalten werden, die zu Wassermolekülen rekombinieren. Der komplett isolierte Reaktor hat ein Fassungsvermögen von 14 Kubikmetern. Der größte Tank (Outlet Buffer) dient zur Zwischenspeicherung der aus der exothermen Reaktion entstehenden Energie und des Endproduktes.
Durch die vergleichsweise niedrigen Prozesstemperaturen und -drücke kann Standard-Ausrüstung und -Technologie eingesetzt werden, was sich positiv auf die Kosten der Anlage auswirkt. Aufgrund der Transportkosten ist es aus Sicht des Verfahrensgebers sinnvoll, den Prozess dort einzusetzen, wo die Biomasse anfällt. Die hohe Energiedichte der Kohle (8,5 GJ/m3) rechtfertigt den Transport des getrockneten Endprodukts. Unternehmen, welche die Biokohle einsetzen, können – so der Verfahrensgeber – dafür CO2-Zertifikate erhalten. Der Brennwert der Biokohle liegt mit 25 MJ/kg Hu (DIN) deutlich über dem von Braunkohle (19 MJ/kg). Das HTC-Verfahren ist nach Angaben des Anlagenbauers sehr robust. So wird die Durchmischung im Reaktor und Mischtank beispielsweise ohne mechanische Rührwerkzeuge erreicht, indem Dampf eingeblasen wird, der gleichzeitig zur Aufheizung dient. Zuküftige HTC-Industrieanlagen sollen aus acht bis zwölf Reaktoren aufgebaut werden und so eine jährliche Verarbeitungskapazität von 65?000 bis 100?000 Tonnen Biomasse erreichen. AVA-CO2 will diese Anlagen entweder selbst oder im Kundenauftrag bauen und betreiben oder Lizenzen vergeben.
