Nährstoffgewinnung und Elimination von Spurenstoffen bei der thermokatalytischen Herstellung von Biokohle Nest-HTC

Die Umwandlung von Biomasse in Energie, in einen effizienten Energieträger und eine verwertbare Reststofffraktion ist in den letzten Jahren in den Fokus des wissenschaftlichen und öffentlichen Interesses gerückt. Durch verschiedene Förderprogramme werden sowohl Forschung als auch Bau und Betrieb von Anlagen zur Biomasseverwertung unterstützt. Eine der bekanntesten Fördermaßnahmen dürfte das deutsche Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien (EEG) sein, welches insbesondere dem Klimaschutz dient und zu einer ganzen Reihe gesetzlicher Regelungen auf diesem Gebiet gehört. 
Die Inkohlung von Biomasse unter Sauerstoffausschluss ist ein chemischer Umwandlungsprozess, welcher eine Zeitspanne von einigen hundert Jahren (Torf) bis Millionen von Jahren (Steinkohle) durchläuft. Durch die hydrothermale Karbonisierung, die von Friedrich Bergius erforscht und erstmals im Jahre 1913 beschrieben wurde, wird innerhalb weniger Stunden die Inkohlung technisch nachgeahmt. In einem Autoklaven (Schnellkochtopf-Effekt) wird die Biomasse unter Sauerstoffausschluss auf 180 bis 300°C mit Drücken zwischen 10 und 100 bar geheizt. Abhängig von der Ausgangsbiomasse und durch die Parameter Temperatur, Druck und Prozesszeit wird die Umwandlung von Biomasse in Humus oder Braunkohle ähnlichen Stoffen sowie in flüssigen Erdöl-Vorstufen gesteuert. Es werden in der Regel pflanzliche Biomasse und Reststoffe verarbeitet. 
Im Rahmen dieses Projektes (IGF-FV Nr. 16723 N, Laufzeit 01.09.2010 – 31.08.2012) werden grundlegende Kenntnisse zur hydrothermalen Karbonisierung im Labormaßstab ermittelt, so dass die Herstellung von Biokohle auf Schwarzwasser, kommunale oder industrielle Klärschlämme übertragen werden kann. Es soll aufgezeigt werden, dass durch die Inkohlung ein nennenswerter Kohlenstoffstrom in eine schwerabbaubare und stabile Biokohle umgewandelt werden kann. Des Weiteren soll die Eliminierung und Umwandlung von organischen Spurenstoffen, wie z. B. Arzneimittel und Xenohormone, zu unbedenklichen Substanzen untersucht werden. Das umfangreiche Untersuchungsprogramm soll auch das Entstehen von Umwandlungsnebenprodukten analysieren. 
Es sollen geeignete Nährstoffrückgewinnungsverfahren in das HTC-Verfahren integriert werden, um Phosphor und Stickstoff aus dem Abwasserstrom rückgewinnen zu können. Im Vergleich zur thermischen Klärschlammverwertung sei hier auf das Potential für die Rückgewinnung von Stickstoffverbindungen hingewiesen. Zusätzlich kann der der Weg in die Herstellung von lagerfähigen, stabilen und hygienisch einwandfreien Bodenverbesserern eröffnet werden. Als Beispiel dafür gelten die Entdeckungen um die Wirkungen von Terra Preta, portugiesisch Schwarzerde, genannt. 
Die Vorteile aus der Sicht des Klimaschutzes liegen in der direkten und indirekten Vermeidung von Klimaschädlichen CO2-Emissionen, da dieser Kohlenstoff nicht oxidiert wird und Energie verbrauchende Prozessschritte eingespart oder optimiert werden können. 
Durch die Integration des HTC-Prozesses in die Entsorgung vom häuslichen Abwasser können erhebliche Fortschritte für Klimaschutz und Ressourcenschonung erzielt werden. Dies verspricht zudem sehr hohes wirtschaftliches Potential für das Verfahren, da nicht nur sequestrierbare Biokohle erzeugt, sondern gleichzeitig die Perspektive einer weiteren und langfristigen Nutzung der Abwasserreststoffe eröffnet wird. 

Publikationen

• Palmu, K.: Future Sludge Treatment: Hydrothermal Carbonization Conference proceedings, Workshop on Sustainable Sludge Handling, project on;;urban reduction of eutrophication(PURE), 7.09.2011 in Lübeck, Germany, 2011.
• Palmu, K., vom Eyser, C., Glasner, C., Behrendt, J., Otterpohl, R., Tuerk, J.: Hydrothermal Carbonization (HTC) of Sewage Sludge Conference proceedings, Water related to sustainable energy, 1.-2.11.2011 IWW Amsterdamm, 2011.
• Palmu, K., vom Eyser, C., Glasner, C., Behrendt, J., Otterpohl, R., Tuerk, J., Hrsg.: Hydrothermal Carbonization (HTC) of Sewage Sludge, 2011.
• Palmu, K.; Rakelmann, U.: Hydrothermale Carbonisierung Hamburger Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft, Bd. 74, 22. Hamburger Kolloquium zur Abwasserwirtschaft, 25./26.8.2010 in Hamburg, ISBN 978-3-941492-19-6, S. 6-13, 2010.
• Palmu, K.; Eyser, C.; Türk, J.: Nutrients Recovery and Removal of PPCPs Through HTC. In Poster: ANS-Biochar-Tagung 19.9.12, Berlin, 2012.