Graphitkohlenstoff und Wasserstoff aus Nahrungsmittelabfällen herstellen
Wagen wir für eine Sekunde einen Blick in die Zukunft, wie die EU sie ausgestalten will: Die Menschen fahren elektrisch oder mit Wasserstoffbrennstoffzellen betriebene Autos, Abfälle werden wiederverwertet und recycelt, um unseren ökologischen Fußabdruck zu verkleinern, und neue Materialien ermöglichen wegweisende Technologien, wie wir sie uns in den kühnsten Träumen erhofft haben. Das klingt gewiss nach einem ehrgeizigen Plan und dennoch will ein mit reichlich 4 Millionen EUR ausgestattetes EU-Projekt versuchen, mit Hilfe einer neuartigen Verarbeitungstechnik zur dessen Realisierung beizutragen. Der Plasmaprozess, mit dem sich das Projekt PLASCARB (Innovative plasma based transformation of food waste into high value graphitic carbon and renewable hydrogen) beschäftigt, umfasst die Umwandlung des Biogases aus der anaeroben Vergärung (anaerobic digestion, AD) von Nahrungsmittelabfällen in Graphitkohlenstoff — eine aus verschiedenen Schichten Graphen bestehende Verbindung — und regenerativen Wasserstoff (renewable hydrogen, RH2). „Wir stecken die Lebensmittelabfälle in einen anaeroben Fermenter, der eine bewährte Technologie zur Herstellung von Biogas (CH4 & CO2) darstellt. Dann, nach der Reinigung, durchläuft der Abfall einen Niedertemperatur-Mikrowellenplasmareaktor, um den Graphitkohlenstoff (mit der Bezeichnung regenerativer PlasCarbon) und erneuerbaren Wasserstoff zu erzeugen“, erläutert Neville Slack, Projektkoordinator für das Centre for Process Innovation (CPI) im Vereinigten Königreich. Graphit/Graphitkohlenstoff ist insbesondere eine Schlüsselkomponente von Lithium-Ionen-Batterien, während H2 wird in vielen Bereichen der Chemie- und Prozessindustrie zur Anwendung kommt und ein potenzieller Brennstoff zum Betreiben von H2-Brennstoffzellen ist. Beim erstgenannten Stoff geht es um einen Betrag von rund 10 Milliarden EUR jährlich und der zweite sollte 2016 einen Markt im Umfang von 286 Mio. Tonnen übernommen haben, der gegenwärtig zu 95 % aus fossilen Brennstoffen gewonnen wird. Demonstration im Pilotmaßstab In seiner ursprünglichen Form zielte das Projekt darauf ab, den kontinuierlichen Betrieb seines integrierten Prozesses für einen Zeitraum von einem Monat im Pilotmaßstab zu validieren. Das Team plante den Bau einer eigenen Anlage, um 150 Tonnen gemischte Nahrungsmittelabfälle zu fermentieren und mehr als 25000 m3 Biogas zu erzeugen, bevor 2400 m3 dieses Biogases in stark graphitischen Kohlenstoff mit einem Marktwert von über 2500 EUR/t und RH2 umgewandelt werden. Das war allerdings, bevor die Forscher mit unvorhergesehenen Schwierigkeiten konfrontiert wurden: „Zu Beginn kam es zur Verzögerung bei der Beschaffung eines wesentlichen Ausrüstungsteils von einem Lieferanten, was im Endeffekt dazu führte, dass im Zeitrahmen des Projekts keine AD-Anlage zur Verfügung stand“, erklärt Slack. Das Konsortium musste AD-Biogas aus Lebensmittelabfällen von einer anderen Quelle besorgen, bevor man die erforderliche Anlage aufbauen und die Produkte erzeugen konnte. Weitere Tücken waren ein Partner, der einen Insolvenzantrag stellte, und eine kritische Betrachtung des regenerativen Wasserstoffs, der in diesem Umfang der Aktion als nicht wirtschaftlich realisierbar eingestuft wurde und daher nur am Schreibtisch validiert werden konnte. „Ungeachtet der Probleme, mit denen wir konfrontiert wurden, ergab unser Versuch hochwertiges regeneratives PlasCarbon (Renewable PlasCarbon) aus Biomethan, das aus Nahrungsmittelabfällen hergestellt wurde“, merkt Slack an. Marktchancen fest im Blick Und die Arbeit des Teams hörte hier noch nicht auf. „Wir betrachteten die Marktchancen von zwei Seiten. Zunächst einmal führten wir eine Markteinschätzung durch, welche die potenziellen Anwendungen betrachtete, bei denen Renewable PlasCarbon verwendet werden könnte: Dazu zählen Batterien, Superkondensatoren, Kautschuke, Sensoren, gedruckte Elektronik usw. Zweitens, und was vermutlich noch wichtiger ist, haben wir eine umfassende Produktcharakterisierung des regenerativen PlasCarbon durchgeführt, um sehr genau zu bestimmen, woraus es in Hinsicht auf die Struktur bestand und wie gut es war. Dann haben wir das Material in etlichen Testprodukten wie etwa leitfähigen Tinten, Kautschuken, dreidimensionalen gedruckten Gitterstrukturen, Superkondensatoren, Photolumineszenzelementen, Katalysatoren eingesetzt und außerdem die Chancen auf dem Brennstoffzellenmarkt untersucht“, wie Slack berichtet. Eine wissenschaftliche Studie über den Wert und die Nützlichkeit von Renewable PlasCarbon war eines der neuesten Ergebnisse von PLASCARB. Im Anschluss an das Projekt erstellt das Team ein Engagement-Portal mit der Bezeichnung PLASCARB Viability Assessment, das Geschäftsinformationen und Fallstudien über die Anwendbarkeit von PLASCARB in anderen Ländern wie beispielsweise Deutschland, Ungarn und Norwegen beinhalten wird. Slack abschließend: „Nun suchen wir aktiv nach Möglichkeiten, um die Technologie auf die nächste Stufe der kommerziellen Anwendungsreife zu bringen.“
Schlüsselbegriffe
PLASCARB, Graphitkohlenstoff, regenerativer Wasserstoff, Mikrowellenplasmaverfahren, Lebensmittelabfall, Nahrungsmittelabfall, ökologische Wirtschaft, Biogas
