Aktivkohle aus organischen Reststoffen

Gartenabfälle können in Aktivkohle umgewandelt werden

Aktivkohle wird in vielen Anwendungen und Prozessen in der Industrie, der Medizin und im täglichen persönlichen Gebrauch eingesetzt. Dazu gehören katalytisch unterstützte Reaktionen in der chemischen Industrie, der Einsatz als Filtermaterial zur Reinigung von Gasen und Flüssigkeiten sowie der Einsatz in Kosmetika und Lebensmitteln.

Aktivkohle (AC) wird meist aus fossilen Rohstoffen wie Stein- und Braunkohle, aber auch aus Nussschalen (z.B. Walnuss oder Kokosnuss) hergestellt. Die Herstellung erfolgt entweder durch chemische Aktivierung, bei der Chemikalien zur Vergrößerung der Oberfläche eingesetzt werden, oder durch thermische Aktivierung, bei der der Rohstoff bei 600-1000 °C in einer Kohlendioxid- oder Wasserdampfatmosphäre behandelt wird. Gebrauchte AC kann in der Regel unter Teilverlust der Adsorptionskapazität reaktiviert und wiederverwendet werden. Die weltweite Nachfrage nach AC steigt aufgrund der vielen Anwendungsmöglichkeiten und auch die Nachfrage nach regional und erneuerbar hergestellter AC ist erheblich.

Die Live Energies GmbH hat eine experimentelle Anlage (Mini-Drehrohrofen) erworben, um den Aktivierungsprozess verschiedener biobasierter Rohstoffe zu evaluieren. In Zusammenarbeit mit der EnBW AG und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wurde ein Projekt durchgeführt, um ein umfassendes Verständnis der Prozessparameter der Aktivierung zu erhalten, mit dem Ziel, eine effiziente und nachhaltige Produktion von Aktivkohle aus verschiedenen Ausgangsstoffen zu erreichen.

Im Rahmen dieses Projekts wurden optimale Prozessparameter für verschiedene Arten von Abfallbiomasse wie Walnussschalen, Gartenabfälle und Abfälle aus der Biotonne ermittelt. Für unterschiedliche Materialien wurden die Bedingungen identifiziert, unter denen hochwertige Aktivkohle hergestellt werden kann. Beispielsweise erreichte biobasierte Aktivkohle aus Gartenabfällen BET-Oberflächen von mehr als 1000 m²/g, was sie für ein breites Spektrum kommerzieller Anwendungen qualifiziert. Darüber hinaus hat die Forschung gezeigt, dass die Kombination von BSP-Prozess und Aktivierung von großem Vorteil ist. Durch eine vorgeschaltete Karbonisierung kann Abfallbiomasse stabilisiert und als potenzielles Einsatzmaterial für die Aktivierung homogenisiert werden. Ohne diesen Verfahrensschritt wäre besonders feuchte und ligninarme Biomasse nicht für eine Aktivierung geeignet.

Die Forschungen sollen dazu beitragen eine modulare Aktivierungseinheit für BSP-Karbonisierungsanlagen zu entwickeln, um das Anwendungsspektrum der BSP-Technologie (biomass steam processing) zu erweitern.

Aktivkohle

Biogas aus CAM-Pflanzenbiomasse (Crassulacean Acid Metabolism) von Brachland-Plantagen

Opuntia ficus indica in einer Parzelle in Kenia

Die Europäische Union und mehrere andere Länder haben Programme zur Förderung von Biogas als Kraftstoff aufgelegt, die in den letzten Jahren zu einer deutlichen Steigerung der Produktionskapazitäten geführt haben. Die Verfahren zur Biogasumwandlung werden mittlerweile in mittleren und großen Anwendungen eingesetzt, wohingegen Lösungen im kleinen Maßstab für eigenständige und abgelegene Systeme entwickelt wurden.

Biogas könnte eine Lösung für die Energieknappheit in abgelegenen Gebieten vieler Entwicklungsländer sein, wenn genügend geeignete Ausgangsstoffe identifiziert werden. Eine Versuchsplantage mit Opuntia ficus-indica (L) Mill. (Cactaceae) und Euphorbia tirucalli L. (Euphorbiaceae) wurde auf degradiertem Buschland in Kenia angelegt, um deren Eignung als Biogas-Rohstoff in den semi-ariden Tropen zu testen.

Dieses Projekt untersuchte das Potenzial des intensiven Anbaus dieser Pflanzen bei verschiedenen Pflanzdichten auf ertragsarmen Flächen und verglich das spezifische Methanproduktionspotenzial ihrer Biomasse. Die geernteten Ausgangsstoffe wurden mit dem Hohenheimer Biogas-Test (HBT) auf ihr Biogas-/Methan-Ertragspotenzial hin untersucht und für technologisch und wirtschaftlich tragfähig befunden.

Das Projekt wurde von der EnBW AG finanziert. Die Partner der Live Energies GmbH in diesem Projekt waren die Live Energies (Kenya) Ltd., die Osiris Gesellschaft für Bioenergie mbH und die Universität Hohenheim, vertreten durch die Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie.

Euphorbia tirucalli Plantage in Kenia

Publikationen

1. Suitability of Opuntia ficus-indica (L) Mill. and Euphorbia tirucalli L. as energy crops for anaerobic digestion  (https://doi.org/10.1016/j.jaridenv.2019.104047)

Kraftstoff aus Jatropha-Samen

Jatropha mit Blüten und Fruchtständen

Jatropha curcas (Purgiernuss) ist ein Strauch oder ein kleiner Baum, der zur Familie der Euphorbiaceae gehört. Er ist in fast allen Ländern in den tropischen Regionen Afrikas, Asiens und Lateinamerikas weit verbreitet. Seine Samen haben einen extrahierbaren Ölgehalt von etwa 35%. Die Pflanze ist in der Regel giftig, allerdings kommen in der Natur ungiftige, essbare Jatropha-Sorten vor. Der Unterschied zwischen der giftigen und der ungiftigen Jatropha ist das Vorhandensein von sekundären Pflanzenstoffen, den sogenannten Phorbolestern, in den Samen und anderen Pflanzenteilen.

Jatropha-Öl hat aufgrund seiner hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften ein hohes Potenzial für die Kraftstoffproduktion. Es kann als reiner Pflanzenöltreibstoff in angepassten Motoren, als Ausgangsmaterial für Biodiesel (nach europäischer und ASTM-Norm), Flugkraftstoff und hydriertes Pflanzenöl (HVO) verwendet werden. Ein wesentlicher Vorteil der Jatropha-Pflanze ist, dass sie auf vergleichsweise kargen Böden in semi-ariden Klimazonen wächst und daher angebaut werden kann, ohne mit den üblicherweise für die Nahrungsmittelproduktion genutzten Flächen zu konkurrieren.

Live Energies wurde 2008 von einem großen Automobilkonzern mit Sitz in Deutschland beauftragt, ein Projekt zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit des Jatropha-Anbaus für Kleinbauern auf ungenutztem, degradiertem Land in Tamil Nadu, Indien, zu leiten. Das Projekt hat mehrere Erkenntnisse über das Potenzial von Jatropha als Biokraftstoffpflanze geliefert und zu wichtigen Lehren über die verschiedenen Aspekte geführt, die für einen erfolgreichen Anbau zu berücksichtigen sind.

Die Zucht von Jatropha hat erst vor etwa 12 Jahren begonnen. Viele Jatropha-Projekte scheiterten in der Vergangenheit, da die Plantagen meist mit wild gesammelten Samen angelegt wurden. Mit der Verfügbarkeit von neuem, verbessertem Saatgut wird der Anbau von Jatropha in naher Zukunft rentabel werden. Unser Personal verfügt über das Wissen langjähriger akademischer Forschung und die praktische Erfahrung in allen Aspekten der Wertschöpfungskette des Jatropha-Curcas-Anbaus und der Agrarwirtschaft. Wir arbeiten auch weiterhin mit unserem Schwesterunternehmen Jatropower AG (www.jatropower.ch) zusammen.

Jatropha mit Blütenstand auf der Plantage

Publikationen (2019)

  1. Apomixis as a tool for development of high yielding clones and selections in Jatropha curcas L. https://doi.org/10.1007/s10722-019-00851-0
  1. Identification and validation of SNP markers linked to seed toxicity in Jatropha curcas L. https://www.nature.com/articles/s41598-019-46698-4.
  1. Edible jatropha is a source of multipurpose oil and high quality protein cake that can help the tropics go beyond meat: Beyond
    biofuels. Biofuels International, July/August 2019.

Maniok-Knollen von degradiertem Land als Bioethanol-Rohstoff

Ernte von Maniok-Knollen

Bioethanol ist eine Alternative oder Ergänzung zu Benzin und hat sich aufgrund von Kostenvorteilen oder politischen Vorgaben als alternativer Treibstoff etabliert. Als Kraftstoff kann Bioethanol in reiner Form oder durch Beimischung zu konventionellem Benzin verwendet werden. Es wurden Flexifuel-Fahrzeuge (FFV) entwickelt, bei denen sowohl Benzin als auch Bioethanol in verschiedenen Mischungsverhältnissen bis hin zu 100% Bioethanol verwendet werden können.

Künftige Ethanol-Projekte müssen die regionalen Bedingungen (Klima, Bodenqualität, Beschäftigung und Infrastruktur) berücksichtigen, um rentabel und nachhaltig zu sein. Standorte zur Herstellung von Ethanol für Kraftstoffe sollten nicht mit Flächen zur Nahrungsmittelproduktion konkurrieren, wenn der Rohstoff auf ungenutzten degradierten Flächen hergestellt werden kann.

Live Energies führte zusammen mit Partnern ein Machbarkeitsprojekt über die Produktion von Rohstoffen aus ungenutzten degradierten Flächen für Bioethanol durch. Die bewertete Kulturpflanze war Maniok (Manihot esculenta). Unser Personal war an der Projektkonzeption sowie an der Planung und Verwaltung desselben beteiligt. Das Projekt wurde in Madagaskar durchgeführt und konnte nachweisen, dass Maniok auf Ödland mit sauren Böden von sehr geringer Fruchtbarkeit rentabel produziert werden kann.

Bei der Wirtschaftlichkeitsberechnung wurden die Produktionskosten pro Tonne berücksichtigt, die erforderlich sind, um eine    wettbewerbsfähige Ethanolproduktion zu ermöglichen. Es wurden Konzepte sowohl für zentral verwaltete Plantagen als auch für ein Vertragsanbau-Modell ausgearbeitet. Es wurden detaillierte agrarökonomische Informationen über die Knollenproduktion und optimierte Plantagenmanagement-Techniken für einen sehr geringen Technisierungsgrad erstellt.

Maniok auf degradiertem Land in Madagaskar