Pflanzenkohle wird als wichtige Möglichkeit zur Erreichung der Nettonull-Ziele angesehen. Welche Ausgangsstoffe sind aber für die Produktion qualitativ guter Pflanzenkohle und sauberer Energie geeignet? Zusammen mit der Firma Kaskad-E hat sich ein Projektteam der FHNW mit der Unterstützung des Bundesamtes für Energie dieser Problematik gewidmet.
Pflanzenkohle wird heute als wichtige Möglichkeit zur Erreichung des Netto-Null Zieles im Jahr 2050 gehandelt. Pflanzenkohle wird via Pyrolyse eines organischen Substrates gewonnen. Sie kann unter anderem und je nach Qualität in der Landwirtschaft, in der Lebensmittelindustrie oder im Baubereich eingesetzt werden. Wenn die Pflanzenkohle langfristig sequestriert wird, zum Beispiel im Boden oder in Baumaterialien, kann sie als negative Kohlenemission betrachtet werden.
Das Europäische Pflanzenkohle-Zertifikat, kurz EBC-Zertifikat, regelt anhand von EBC-Klassen, wo eine bestimmte Pflanzenkohle aufgrund ihrer Zusammensetzung eingesetzt werden darf. In der Schweiz ist heute nur Pflanzenkohle aus naturbelassenem Holz als Bodenzuschlagsstoff erlaubt.
Gesucht: Neue Ausgangsstoffe für Pflanzenkohle
Zusammen mit der Basler Firma Kaskad-E hat ein Team des Instituts für Biomasse und Ressourceneffizienz der FHNW potenzielle Substrate für die Erweiterung der zugelassenen Substratliste untersucht. Drei Substrate – Rinde, Weizenkleie und Abfälle aus der Kaffeerösterei (Kaffeehäutchen) – wurden aufgrund ihres theoretischen Potentials ausgewählt und auf einer Versuchsanlage der FHNW sowie auf kommerziellen Anlagen pyrolysiert. Eine Ökobilanzierung und eine techno-ökonomische Analyse wurde bzw. wird im Rahmen des Projektes durchgeführt.
Die Labor- und Feldmessungen zeigen, dass Rinde und Weizenkleie die Kategorie EBC-Agro erreichen und die daraus entstehende Pflanzenkohle in der Landwirtschaft eingesetzt werden kann. Aufgrund der leicht erhöhten Kupfergehalte der Pflanzenkohle aus Kaffeehäutchen fallen die Abfälle der Kaffeerösterei in die Kategorie EBC-Material. Um Pflanzenkohle aus Abfällen der Kaffeerösterei im Boden einsetzen zu können, müssen Chargen mit tieferen Kupfergehalten pyrolysiert werden.
Die Abgasanalysen zeigen, dass die Wahl und Steuerung einer Anlage einen grossen Einfluss auf die gemessenen Emissionen hat. Für das gleiche Substrat konnten hohe Abweichungen bei NOx-, CO- und CH4- Emissionen festgestellt werden. Trotz dieser Abweichungen halten die Abgasemissionen die Grenzwerte der Luftreinhalteverordnung ein.
Klarer Umweltvorteil für Rinde und Kaffeeabfälle
Mit einer Ökobilanzierung wurden zusätzlich zu den mit den Labor- und Feldtesten gewonnen Informationen die Umweltauswirkungen der Pyrolyse der analysierten Substrate im Vergleich zu den heutigen Verwertungspfaden untersucht. Pyrolyse lohnt sich aus Sicht der Wirkung auf Ökosysteme (Umweltbelastungspunkte, UBP) und das Klima (kg CO2-Äquivalente, kg CO2e) bei Rinde und Abfällen aus der Kaffeerösterei. Bei Weizenkleie hat die Pyrolyse nur einen Umweltvorteil bzgl. CO2e im Vergleich zur heutigen Verwertung. Bezüglich UBPs schneidet der heutige Einsatz der Weizenkleie in Mischfutter aufgrund des ersetzten Nährstoffes besser als die Pyrolysevariante ab.
Die durchgeführten Arbeiten zeigen, dass die Liste von zugelassenen Ausgangsstoffen für die Produktion von Pflanzenkohle, welche in der Landwirtschaft eingesetzt wird (EBC-Agro und -AgroBio), erweitert werden soll. Dazu wurde auch gezeigt, dass sich der Einsatz von Pflanzenkohle in Material wie Baumaterialien (EBC-Gebrauchsmaterial und -Rohstoff) lohnt, da der Kohlenstoff langfristig gebunden werden kann. Zukünftige Studien sollten weitere Substrate berücksichtigen und die Wirkung des Pflanzenkohleeinsatzes besser untersuchen. Das Projekt wird vom Bundesamt für Energie (BFE) finanziert und im August 2022 abgeschlossen.