Biokohle ist ein kohlenstoffhaltiges Material, das durch Pyrolyse von Biomasse unter anoxischen Bedingungen entsteht. Sie zeichnet sich durch eine ausgeprägte Porenstruktur und ein hervorragendes Adsorptionsverhalten aus und ist von großem Nutzen für die Bodensanierung, Kohlenstoffbindung und Umweltrestaurierung. Laut Statistik kann die jährliche Zugabe von 0,4 % Biokohle zu landwirtschaftlichen Böden weltweit eine Kohlenstoffmenge binden, die 12 Milliarden Tonnen Kohlendioxid entspricht. Die derzeit hohen Produktionskosten von Biokohle schränken jedoch ihre großflächige Anwendung ein.
Obwohl lignozellulosehaltige Biomasse (wie Stroh und Forstabfälle) vielfältig nutzbar ist, weist der traditionelle Pyrolyseprozess Probleme wie eine unkontrollierbare Produktverteilung und einen geringen Wirkungsgrad der Energieumwandlung auf. Kann eine effiziente Herstellung von Biokohle durch die systematische Optimierung der Pyrolyseparameter erreicht werden?
Nguyen Xuan Loc und Do Thi My Phuong von der Can Tho University in Vietnam haben dieses Thema eingehend erörtert, und die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden in
Frontiers of Agricultural Science and Engineering (DOI:
10.15302/J-FASE-2024597 ) veröffentlicht.
Es gibt sowohl traditionelle als auch neue Verfahren zur Pyrolyse von Lignozellulose. Die traditionelle langsame, schnelle und Blitzpyrolyse hat jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile. Die langsame Pyrolyse hat eine langsame Aufheizrate und dauert lange, aber sie kann Biokohle mit hohem Ertrag und guter Qualität produzieren. Die schnelle und Blitzpyrolyse konzentrieren sich eher auf die Produktion von Bioöl.
Demgegenüber haben neue Technologien offensichtliche Vorteile. Mikrowellenunterstützte Pyrolyse kann die schnellen Aufheizeigenschaften von Mikrowellen nutzen, um die Reaktionseffizienz deutlich zu verbessern. Co-Pyrolyse kann einen Synergieeffekt erzielen, indem sie mehrere Rohstoffe mischt, um die Produktleistung zu optimieren. Die hydrothermale Karbonisierung kann bei relativ niedrigen Temperaturen durchgeführt werden, was sie besonders für Biomasse mit hohem Feuchtigkeitsgehalt geeignet macht, wodurch die Palette der anwendbaren Rohstoffe deutlich erweitert wird. Die Autopyrolyse kann die durch die Reaktion entstehende Wärme nutzen, um den Energieverbrauch deutlich zu senken und so eine effiziente Energienutzung zu erreichen. Diese neuen Technologien bieten zusätzliche Möglichkeiten zur Optimierung des Pyrolyseprozesses.Pyrolysebedingungen und Biokohlemodifizierungstechnologien spielen eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung der Biokohleeigenschaften.
Die Pyrolysetemperatur beeinflusst die Eigenschaften maßgeblich. Eine Erhöhung der Temperatur kann den Gehalt an gebundenem Kohlenstoff erhöhen, die Aromatizität steigern und die Oberfläche vergrößern, verringert jedoch entsprechend die Ausbeute. Gleichzeitig verändern Änderungen der Verweilzeit und der Heizrate die Eigenschaften der Biokohle. Durch die Optimierung der Pyrolyseparameter und deren präzise Steuerung können Ausbeute und Qualität der Biokohle ausgeglichen werden. Darüber hinaus können chemische und physikalische Modifikationstechnologien die Oberflächeneigenschaften der Biokohle effektiv verbessern, ihre Wirkung in spezifischen Anwendungen wie Bodensanierung und Umweltreinigung verstärken und ihr Anwendungsspektrum erweitern.Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch die Optimierung der Pyrolyseparameter und den Einsatz von Modifikationstechnologien eine effiziente Biokohleproduktion erreicht werden kann.DOI:
https://journal.hep.com.cn/fase/EN/10.15302/J-FASE-2024597
