Aktivkohle aus der Schweiz? Ein Studierendenprojekt liefert neue Erkenntnisse, Hochschule für Technik und Umwelt FHNW

Aktivkohle ist ein vielseitiges Filtermaterial. Sie wird unter anderem eingesetzt, um Wasser und Luft zu reinigen, unerwünschte Stoffe zu binden oder Stoffströme in industriellen Prozessen aufzubereiten. Doch wie lässt sich Aktivkohle möglichst nachhaltig herstellen – und wäre eine Produktion in der Schweiz sinnvoll?

Mit diesen Fragen beschäftigten sich vier Studierende des Bachelorstudiengangs Energie- und Umwelttechnik im Rahmen ihres Studierendenprojekts im zweiten Semester. Im Auftrag des Pflanzenkohleherstellers Inkoh untersuchten Jason Caviezel, Valentino Compostella, Nilo Schibli und Nico Wanner verschiedene Verfahren zur Herstellung und Wiederaufbereitung von Aktivkohle.

Ein realer Auftrag aus der Praxis

Inkoh AG produziert Pflanzenkohle und prüft den Einstieg in die Aktivkohleproduktion. Das Studierendenteam erhielt den Auftrag, eine fundierte Entscheidungsgrundlage für das Unternehmen zu erarbeiten.

Dazu untersuchten die Studierenden, welche Bedeutung Aktivkohle für eine moderne Gesellschaft hat, wie sich Pflanzenkohle in Aktivkohle umwandeln lässt und welche Aktivierungs- und Reaktivierungsverfahren besonders geeignet sind.

Die Aufgabenstellung war bewusst offen formuliert. Das Team musste das komplexe Thema zunächst strukturieren, relevante Fragestellungen definieren und die verschiedenen technischen, ökologischen und wirtschaftlichen Aspekte miteinander verbinden.

Was ist Aktivkohle?

Aktivkohle ist eine besonders poröse Form von Kohlenstoff. Durch ihre sehr grosse innere Oberfläche kann sie unerwünschte Stoffe aufnehmen und binden. Vereinfacht gesagt wirkt sie ähnlich wie ein Schwamm, der Verunreinigungen festhält.

Diese Eigenschaft macht Aktivkohle zu einem wichtigen technischen Adsorptionsmittel. Sie kommt unter anderem in folgenden Bereichen zum Einsatz:

• Wasser- und Abwasseraufbereitung
• Luftreinigung
• Medizin
• Lebensmittelindustrie
• Energietechnik
• industrielle Reinigungsprozesse

Besonders wichtig ist Aktivkohle bei der Entfernung von Mikroschadstoffen aus dem Wasser. Sie kann sowohl in der Trinkwasseraufbereitung als auch in der Abwasserbehandlung eingesetzt werden.

Von der Pflanzenkohle zur Aktivkohle

Für die Herstellung von Aktivkohle können verschiedene kohlenstoffreiche Ausgangsmaterialien verwendet werden. Dazu gehören fossile Rohstoffe wie Torf und Braunkohle, aber auch Biomasse wie Holz, Kokosnussschalen oder Pflanzenkohle.

Damit aus dem Ausgangsmaterial Aktivkohle entsteht, wird es bei hohen Temperaturen behandelt. Während dieses Prozesses bildet sich die ausgeprägte Porenstruktur, durch die Aktivkohle ihre grosse innere Oberfläche erhält.

Das Studierendenteam verglich unterschiedliche Aktivierungsverfahren. Neben konventionellen thermischen Verfahren untersuchte es auch den Einsatz von Mikrowellentechnologie. Dabei wird das Material von innen nach aussen erhitzt. Dieses Verfahren könnte den Energiebedarf reduzieren und mit erneuerbar produziertem Strom betrieben werden.

Gebrauchte Aktivkohle erneut nutzen

Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts lag auf der Reaktivierung. Nach ihrem Einsatz ist Aktivkohle mit den aufgenommenen Stoffen gesättigt. In speziellen Anlagen kann sie von diesen Stoffen befreit und anschliessend erneut verwendet werden.

Die Reaktivierung verlängert die Nutzungsdauer des Materials, reduziert den Bedarf an neuer Aktivkohle und schont Ressourcen. Sie ist damit sowohl aus wirtschaftlicher Sicht als auch im Hinblick auf die Kreislaufwirtschaft interessant.

Die Empfehlungen des Projektteams

Auf Basis ihrer Recherchen kam das Team zum Schluss, dass eine Schweizer Aktivkohleproduktion grundsätzlich Potenzial besitzt. Die Nachfrage nach Aktivkohle dürfte aufgrund wachsender Anforderungen in der Wasser-, Luft- und Umwelttechnik eher zunehmen.

Die Studierenden empfehlen Inkoh, für die weitere Entwicklung insbesondere folgende Ansätze zu prüfen:

• die Herstellung von Aktivkohle auf Basis von Pflanzenkohle
• eine geeignete Vorbehandlung des Ausgangsmaterials
• den Einsatz energieeffizienter Aktivierungsverfahren
• die Nutzung von Mikrowellentechnologie
• die Reaktivierung bereits verwendeter Aktivkohle

Eine Produktion in der Schweiz könnte zudem kürzere Transportwege ermöglichen und die inländische Versorgung mit einem wichtigen Filtermaterial stärken.

Lernen, mit offenen Fragestellungen umzugehen

Für die Studierenden war nicht nur das Fachwissen neu. Auch die offene und komplexe Aufgabenstellung stellte das Team zu Beginn vor Herausforderungen.

In Gesprächen mit dem Projektcoach und der Auftraggeberschaft konkretisierten die Studierenden den Auftrag und entwickelten eine gemeinsame Vorgehensweise. Die Ergebnisse ihrer Recherchen sammelten und strukturierten sie in einer umfangreichen digitalen Mindmap.

Eine zentrale Herausforderung bestand darin, die verschiedenen Themenbereiche zusammenzuführen und daraus nachvollziehbare Empfehlungen abzuleiten. Da die Studierenden einzelne Teilgebiete untereinander aufteilten, waren eine gute Abstimmung und eine zuverlässige Zusammenarbeit besonders wichtig.

Das Projekt zeigte ihnen, wie entscheidend klare Kommunikation, Selbstorganisation und ein gemeinsames Verständnis der Projektziele sind.

Dafür simulierte das Projektteam Photovoltaikanlagen an verschiedenen Standorten in der Schweiz. Berücksichtigt wurden unterschiedliche Klimabedingungen, Höhenlagen, Anlagengrössen und Dachausrichtungen.

Wer mehr Solarstrom aus bestehenden oder neuen Anlagen gewinnen will, sollte deshalb nicht nur auf die Module schauen, sondern auch auf die Technologie dahinter.