Dekarbonisierung mit Pflanzenkohle aus Reststoffen

In Würzburg gründete sich 2018 das Cleantech-Startup Circular Carbon. Das Unternehmen plant, entwickelt und betreibt Karbonisierungsanlagen für die Produktion von Pflanzenkohle. Die Anlagen ermöglichen die Nutzung von Reststoffen für die Kreislaufwirtschaft und generieren bei der Verkohlung zusätzlich erneuerbare Energie.

In Hamburg hat Circular Carbon bereits die größte Verkohlungsanlage in Deutschland installiert. Zusammen mit einem dort ansässigen Kakaoproduzenten entstand Dampferzeugung mittels Biomasse aus Kakaoschalen. Ausschließlich Kakaoschalen kommen als Reststoff in die Anlage. Eiweiße und Lignocellulose in den Schalen werden im Pyrolyse-Reaktor unter Abschluss von Sauerstoff und bei ca. 600°C aufgebrochen – und in Gas einerseits und Biokohle andererseits verwandelt.

„Biokohle ist ein Schlüsselelement für einen nachhaltigen Lebenswandel“, sagt Felix Ertl, CEO von Circular Carbon. Mühle + Mischfutter sprach mit dem Unternehmer, ob Pflanzenkohle für die Getreideverarbeitung Chancen bietet und helfen kann, klimaneutral zu werden.

M+M: Weshalb gewinnt Pflanzenkohle aktuell an Bedeutung? Was macht diesen Feststoff, der aussieht wie Holzkohle attraktiv?

Felix Ertl: Erst in den 90er-Jahren wurde die Pflanzenkohle im Rahmen von Studien zu den fruchtbaren Schwarzerden wie der Terra Preta wiederentdeckt. Die über 2000 Jahre alten menschengemachten Schwarzerden sind die fruchtbarsten und resistentesten Böden auf unserem Planeten. Schlüssel dafür ist der Einsatz von Pflanzenkohle.

Die Kohle wirkt wie ein Schwamm im Boden und bindet Wasser, Nährstoffe und Mikroorganismen. Die Wasserhaltefähigkeit und der katalytische Effekt im Verbund mit Kohlenstoff als Nährstoffpuffer sind ein deutlicher Vorteil gegenüber herkömmlichen mineralischen Düngern. Aufgrund des Schwammeffekts werden Nitratauswaschung im Boden und klimaschädliche Lachgasemissionen reduziert. So belegten Studienergebnisse, dass Nitratauswaschungen in den Böden um bis zu 90 % und Lachgasemissionen um 40 bis 50% zurückgingen.

Eine vom eidgenössischen Department für Wirtschaft, Bildung und Forschung in Auftrag gegebene und letztes Jahr publizierte Meta-Studie kommt zu dem Ergebnis, dass Pflanzenkohle ganz besonders aus nicht-holzigen Biomassen wie Stroh, Blättern oder Trester in Verbindung mit Düngern signifikante Ertragssteigerungen bewirkte. Die Verfasser der Studie kommen daher zum Resümee, das in erster Linie Reststoffe aus der Verarbeitung von land- und forstwirtschaftlichen Produkten, welche sich anderweitig nicht weiter nutzen lassen, als Biomasse-Ausgangsstoffe für die Pyrolyse eignen. Wir haben herausgefunden, dass Eiweißverbindungen im Ausgangsprodukt vermehrt zu negativen geladenen Oberflächen führen, welche Nährstoffe (positiv geladene Kationen) im Boden besonders binden und die Leitfähigkeit damit die Bodenaktivität erhöht. Neben den Vorteilen in der Anwendung bietet Pflanzenkohle vor allem eine natürliche Lösung zur dauerhaften Bindung von CO2 in Form von Kohlenstoff aus der Atmosphäre und schafft damit Negativemissionen. Deshalb wird sie unter anderem im IPCC-Bericht als hoffnungsvolle Lösung zur Klimaneutralität genannt.

M+M: In der Anlage in Hamburg wollten Sie aus 10.000 Tonnen Kakaobohnenschalen 3.500 Tonnen Pflanzenkohle und 20.000 Megawattstunden Dampf erzeugen – jedes Jahr. So sollen 5.500 Tonnen Kohlendioxid pro Jahr vermieden – und gleichzeitig 10.000 Tonnen des Klimagases in der Kohle dauerhaft gebunden werden. Wie sind die Erfahrungen seit Inbetriebnahme Anfang 2022? Haben Sie Ihre Ziele erreicht?

Felix Ertl: Praxiserfahrungen aus dem Betrieb in diesem Jahr haben uns gezeigt, dass wir die uns vorgenommenen Ziele erreichen können. Seit Mitte des Jahres haben wir auch die offizielle Bestätigung der Senkenleistung der Pflanzenkohle. Von den 10.000 t des gebundenen CO2 in der Pflanzenkohle werden die von der Anlage und durch Transport entstehende Emissionen abgezogen und übrig bleiben ca. 8000 t.

M+M: Eignet sich Biokohle für kleinere und mittlere Unternehmen als CO2-Senke zur Erreichung der Klimaziele?

Felix Ertl: Unser Geschäftsmodell basiert auf den Betrieb der Anlage und den Verkauf von Energie und der erzeugten Pflanzenkohle. Dafür brauchen wir als Einsatzstoff mindestens 3000 t im Jahr, dass sich ein solches Unterfangen auch für beide Seiten lohnt.

Es gibt aber auch Hersteller wie Biomacon, die Anlagen im kleineren Maßstab produzieren und verkaufen. Dann feuert man anstatt eines Hackschnitzelofens einen Karbonisierungsanlage und erhält wertvolle Pflanzenkohle.

Wenn wir Pflanzenkohle verkaufen, weisen wir mittels eines QR-Codes den Weg der Kohle nach und können so sicherstellen, dass die wertvolle Kohle auch unwiderruflich im Boden landet und somit CO2-Senken-Zertifikate erstellt werden können. Diese CO2-Senken-Zertifikate basieren auf verifizierte Standards und Berechnungen, die jährlich durch den TÜV auditiert werden. Diese regional erzeugten Zertifikate mit Herkunftsnachweis kann jeder sowohl privat als auch als Unternehmen erwerben, um nicht vermeidbare Emissionen zu kompensieren. Diese können entweder direkt bei uns oder über Portale wie CarbonFuture ähnlich wie bei einem Crowdfunding gekauft werden.

M+M: Wird Pflanzenkohle ausschließlich in Pyrolyse-Reaktoren bei sehr hohen Temperaturen hergestellt? Oder gibt es weitere Verfahren oder Prozesse, bei denen Pflanzenkohle entsteht? Wer baut solche Anlagen? Ab welcher Größe gibt es solche Anlagen und ab welcher Größe sind sie sinnvoll?

Felix Ertl: Wichtig ist, dass keine Oxidation des Kohlenstoffs stattfindet, bei der der Kohlenstoff wie in Öfen komplett verbrannt wird. Dann spricht man von Pyrolyse. Es ist die Vorstufe der kompletten Verbrennung. Die dabei entstehenden Gase werden komplett verbrannt.

Für den Gartengebrauch vertreibt die Firma TerraMagica zum Beispiel auch den Kon-Tiki der als Grill genutzt werden kann. Der Kon-Tiki bildet einen Flammenteppich über die Biomasse und vermeidet so das Eindringen von Sauerstoff in die darunter schwelende Biomasse.

Es gibt mittlerweile unzählige Hersteller von Karbonisierungsanlagen. Nicht alle sind auf einem kommerziell nutzbaren Entwicklungsniveau angelangt. Einen Überblick kann man sich auf der Webseite des Pflanzenkohlefachverbands verschaffen.

M+M: Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, damit so eine Anlage zugelassen wird? Wie lange dauern die Genehmigungsverfahren? Welches wären für Getreideverarbeiter die größten Hürden?

Felix Ertl: Für Anlagen unter 1 MW Feuerungsleistung und bei der Verwendung von Holz ist das Genehmigungsverfahren etwas einfacher. Alles darüber oder wenn Reststoffe verwendet werden, wird es komplexer und die Verfahren länger. Wir haben zwei Jahre für den Genehmigungsprozess in Hamburg gebraucht.

Die Genehmigungsverfahren sind einfacher, wenn man es einmal gemacht hat. Ich würde diese aber als größte Hürde ansehen. Danach ist die Inbetriebnahme immer für Überraschungen bekannt. Hier sollte man etwas Geduld und Ausdauer mitbringen. Es gibt auch keinen Anbieter, der einen eine schlüsselfertige Anlage auf den Hof stellt. Man muss also selbst einige Schnittstellen in Eigenregie organisieren und planen. Daher ist technisches Fachwissen gefragt.

Hier setzt genau unser Geschäftsmodell an. Wir sehen die Produktion von Pflanzenkohle nicht als Kerngeschäft eines Müllers oder internationaler Lebensmittelkonzerne. Deshalb bieten wir ein Contracting-Modell an, in dem wir das technische, betriebliche und wirtschaftliche Risiko übernehmen. Wir planen die Anlage individuell und integrieren sie in das Wärmenetz vor Ort. Vom reinen Verkauf der Anlage nehmen wir Abstand.

M+M: Wie müssen Abfallstoffe beschlafen sein, um einen kontinuierlichen Pyrolyse-Prozess - oder auch Verbrennungsprozess? - zu ermöglichen. Eignet sich jeder Abfallstoff? Auch Reststoffe aus der Getreideverarbeitung wie Spelzen, Reisschalen, Ausputz?

Felix Ertl: Grundsätzlich gilt die Regel, was man verbrennen kann, kann man auch pyrolysieren. Die Pyrolyse ist nämlich ein Teil des Verbrennungsprozesses. Wichtig ist, dass die eingesetzte Biomasse homogen ist. Sämtliche organische Reststoffe aus der Getreideverarbeitung oder Ölpressen sind daher interessant.

Bekannt ist aber auch die Aussage „shit in shit out“. Wenn man hochqualitative und gleichbleibende Pflanzenkohle produzieren möchte, muss man darauf achten, welche Biomasse und in welcher Eigenschaft (z.B. Feuchtigkeit, Partikelgröße) man diese als Einsatzstoff nutzt. Alle organischen Verbindungen werden in der Pyrolyse verkohlt. Selbst Mutterkorn oder anders organisch belastete Einsatzstoffe stellen kein Problem dar. Achtung aber bei anorganischen Schadstoffen: Wenn Schwermetalle schon im Ausgangsstoff erhöht sind, werden diese durch die Verkohlung weiter aufkonzentriert und damit zum Problem.

M+M: Empfiehlt es sich für Müller erst aus Reststoffen Pellets zu pressen und die Pellets zu verarbeiten? Ab welchen Mengen würde sich so etwas – abgesehen vom Klimaziel - lohnen?

Felix Ertl: Das kommt ganz auf den Pyrolyseprozess und der nachgeschalteten Verbrennung an. Bei Holzöfen kennt man das ja. Es gibt Öfen für Pellets, Sägespäne, Holzscheite oder Hackschnitzel. So ist das auch bei der Pyrolyse. Pellets haben den entscheidenden Vorteil, dass die Biomasse in dieser Form besser lagerfähig und transportfähig wird und die Handhabung einfacher ist. Pelletieren benötigt aber auch Energie und zusätzlichen Aufwand und macht nur dann Sinn, wenn man auf die genannten Vorteile angewiesen ist.

M+M: Wie kann Biokohle vermarktet werden? Lohnt sich Pflanzenkohle für die Anwendung in der Landwirtschaft? Können auch Hersteller von Futtermittel-Additiven von ihr profitieren. Muss die Pflanzenkohle vor der Vermarktung auf Inhaltsstoffe geprüft werden?

Felix Ertl: Die Biokohle hat, wie oben beschrieben eine hohe Klimarelevanz und gehört zu den hoffnungsvollen Negativemissionstechnologien. Das ist aber nur der Fall, wenn man das auch skalieren kann. Wir vermarkten unsere Biokohle hauptsächlich als Tierfutter-Additiv in die Landwirtschaft. Auch für Haustiere ist es sehr gut einsetzbar. In beiden Fällen stützt die Biokohle die Magendarmflora und damit das Immunsystem des Tieres. Was vor allem bei einseitiger Ernährung sehr gute Effekte erzielt. Man kennt die Wirkung vielleicht noch von der Aktivkohle, die man früher bei Magen-, Darmbeschwerden eingesetzt hat. In Versuchen hat sich gezeigt, dass mit der Zufütterung der Biokohle eine höhere Proteinaufnahme stattfindet, Schadstoffe aus dem Darm gebunden werden und damit eine bessere Vitalität einsetzt. Schwermetalle werden also immobilisiert statt im Tier freigesetzt.

Vom Tier wandert die Biokohle bis in den Boden und wirkt entlang der Kette. Im Stall verbessert sich die Stallhygiene, in der Gülle werden die Nährstoffe besser erhalten und im Boden bleiben die Effekte wie verbesserte Wasserhaltefähigkeit und Nährstoffspeicher dauerhaft. Unsere Biokohle ist GMP+ zertifiziert und erfüllt damit die strengsten Anforderungen an die Qualitätssicherheit. Wir kontrollieren regelmäßig die Grenzwerte von Schwermetallen und anderen potenziellen Schadstoffen.

M+M: Die Bundesnetzagentur hat im Oktober 2022 die Ergebnisse der zehnten EEG-Ausschreibungsrunde für Biomasseanlagen veröffentlicht. Das Interesse war mit 100 eingereichten Geboten etwas höher als im Frühjahr, aber angesichts der ausgeschriebenen Menge von 286 MW dennoch enttäuschend. Was sind Ihrer Meinung nach die größten Bremsen für Biomasseanlagen?

Felix Ertl: Das EEG fördert Biomasseanlagen, die Strom ins Netz einspeisen möchten. Wir bieten auch die Möglichkeit an, mit unserer Anlage Strom zu erzeugen. Der größere Anteil an Energie fällt aber auch dann als Wärmeenergie an. Für die Wärmeerzeugung gibt es leider keine vergleichbare Förderung in Deutschland. Aktuell ist die BImSch-Genehmigung eine echte Hürde. Das Antragsverfahren ist enorm komplex, kostspielig und zeitaufwendig. Das gilt vor allem, wenn man Reststoffe verwenden möchte. Bei Holz als Einsatzstoff sind die Verfahren vereinfacht. Reststoffe, die nicht in Konkurrenz mit Futtermittel stehen, sollten hier wie Holzbrennstoffe betrachtet werden. Das wäre ein erster Schritt.

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