Stoffkreislauf

Ein wichtiger Aspekt der Wasserstoff-Herstellung ist die Herbeiführung eines geschlossenen Stoffkreislaufs. Dafür bietet die Vergasung von Biomasse die beste Voraussetzung. Um den Stoffkreislauf zu schließen, müssen vor allem die Mineralstoffe aus der Asche in einer pflanzenverwertbaren Form zurück auf den Acker.

Stoffkreislauf

Die Asche aus der Wirbelschichtvergasung kann vom Ackerboden gut aufgenommen werden. Bei der innovativen Vergasung der Biomasse fallen zwei Aschefraktionen an. Die Zyklonasche mit einem Anteil von mehr als 95% kann prinzipiell direkt auf den Acker ausgebracht werden. Der feine Filterstaub enthält giftige Schwermetalle und müssen deponiert, aufbereitet oder dem Bausektor zugeführt werden. Diese Trennung der Aschen ist geeignet den Acker zu entgiften. Die eingebrachten Schwermetalle aus traditionellen Mineralstoffen (Kunstdünger) oder Klärschlamm werden so wieder vom Acker entfernt. Die Methode ist auch geeignet, die kontaminierten Böden aus den Havarien von Tschernobyl und Fukushima von den langlebigen radioaktiven Stoffen wie Zäsium (137 Cs) und Strontium (90 Sr) zu befreien. Die Stickstoffverbindungen werden bei der Vergasung weitgehend zerstört. Der Stickstoff kann aber aus dem erzeugten Wasserstoff gewonnen werden. Es handelt sich dabei um Biostickstoff, der für den Ökolandbau zugelassen ist.

Das von den Pflanzen aufgenommene CO2 kann in gleicher Menge wieder in die Luft geblasen werden. Die Vergasung von Biomasse ist also klimaneutral. Es besteht auch die Option, dieses CO2 im Untergrund zu speichern, etwa in ausgeförderten Öl- und Gasfeldern oder tiefliegenden Aqzuiferen (wasserführende Sandschichten). Durch die Pläne der Energiewirtschaft, eine derartige CO2-Speicherung auch für Kohlekraftwerke zu nutzen (CCS), ist die Bevölkerung strickt dagegen, weil sie Kohlekraftwerke generell nicht mehr akzeptiert. Die Option CO2-Speicherung ist also auf Jahre “verbrannt”.

Es gibt jedoch eine weitere Option das CO2 aus der Luft zu entfernen. Die innovative Vergasungsanlage kann so gesteuert werden, dass ein kleiner Teil des zunächst gebildeten Kohlenstoffs aus der Anlage ausgeschleust und als Biokoks zusammen mit der Asche in den Ackerboden untergepflügt wird. Welchen Effekt das hat, wird im folgendem Absatz erläutert.

Terra Preta

Die unten abgebildete Grafik zeigt die Bindung von Kohlenstoff beim Anlegen eines Waldes aus Kiefern und Buchen. Im Vergleich dazu ist die dauerhafte Speicherung von Kohlenstoff im Acker dargestellt. Als Beispiel dient hier eine Trockenmasse-Ernte von 30 t/ha bei der ca. 10% des Kohlenstoffes nicht vergast, sondern in den Acker eingebracht wird. Wenn auf einem Acker weiterhin Landwirtschaft betrieben wird, so wird auf diesem Acker genau so viel Kohlenstoff gebunden wie beim Aufwuchs eines Waldes. Der eingepflügte Biokoks ist aber die bessere Lösung, weil dieser Kohlenstoff möglicherweise über tausend Jahre im Boden bleibt. Die Kohlenstoffspeicherung im Wald wird jedoch nach 50-150 Jahren durch energetische Nutzung des Holzes wieder rückgängig gemacht.

Die Einbringung von Biokoks ist von den Hochkulturen im Amazonasbecken bekannt. Von dort stammt auch die Bezeichnung “Terra Preta” für diese Kokserde. Es kommt darauf an, dass der Biokoks in einer porösen Form vorlegt. Derartige Partikeln lassen sich gut durch eine thermochemische Vergasung herstellen. Die Porosität ist dann vergleichbar mit Aktivkohle, die auch aus der thermochemischen Vergasung von Holz gewonnen wird. Kohlenstoffpartikeln aus der hydrothermalen Vergasung (HTC) sind nicht porös und haben daher nur die Wirkung von schwarzem Sand.

Quelle: International Biochar Initiative

Da die meisten Böden in den Tropen und Subtropen unfruchtbar sind, ist eine sesshafte Landwirtschaft nicht möglich. Den Ureinwohnern in Südamerika ist es vor mehr als 600 Jahren dennoch gelungen, eine kulturelle Blütezeit mit Hilfe der Landwirtschaft zu erzielen. Das Geheimnis des fruchtbaren Boden war die schwarze Erde (Terra Preta). Diese wurde durch unvollständige Verbrennung von Biomasse hergestellt. Eine unvollständige Verbrennung ist nichts anderes als eine thermochemische Vergasung. Die porösen Teilchen wurden mit anderen Abfällen und dem Boden vermischt. Der poröse Kohlenstoff hat hierbei die Aufgabe Wasser und Nähstoffe über lange Zeit zu speichern und gegen Auswaschung bei Starkregen zu schützen. In Deutschland kommt dafür besonders die Nordostregion mit ihren leichten Sandböden in Frage. Hier muss man in jeden Dritten Jahr mit Missernten wegen Trockenheit rechnen. Selbst wenn es gelingt, lediglich den Wasserbedarf der Pflanzen für zusätzliche drei Tage zu sichern, wäre das eine große Hilfe. Die globale Erwärmung wird den Wassermangel in diesen Gebieten noch verstärken.

Mit dem Terra Preta Konzept, lässt sich nicht nur der Treibhauseffekt rückgängig machen, sondern auch die Fruchtbarkeit der Böden steigern. Eine erfreuliche Nebenwirkung besteht darin, dass Biokoks Lachgas-Emissionen (N2O) selbst bei hohen Stickstoffgaben unterdrückt werden.

Für den Anlagebetreiber stellt sich die Frage, ob er mit Biokoks mehr erlöst. Die Frage lautet also: was ist mehr wert? Der Biokoks oder der Wasserstoff, der daraus gewonnen werden kann? Ob ein Verkauf allein mit der Aussicht auf steigende Ernteerträge gelingt, ohne dass die Zivilgesellschaft den zusätzlichen Klimaschutz honoriert, muss noch geklärt werden.

aktualisiert: 05.07.2014

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