Aktivkohle kommt in etlichen Bereichen zur Anwendung. In Innsbruck wird ihr Potenzial ausgelotet.
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Aktivkohle ist ein kleines Wunder der Verfahrenstechnik mit einem riesigen Anwendungsgebiet. Heute kommt das Wundermittel oft noch aus fossiler Kohle oder aus Kokosfasern. Beide müssen von weit unter der Erdoberfläche beziehungsweise aus weiter Ferne angeschafft werden und haben deshalb einen vergleichsweise schlechten CO2-Wert.

Die Verfahrens- und Energietechnikerin Angela Hofmann forscht seit drei Jahren am Josef-Ressel-Zentrum für die Produktion von Pulveraktivkohle aus kommunalen Reststoffen in Innsbruck. Angesiedelt ist das Forschungszentrum am Studiengang Umwelt-, Verfahrens- und Energietechnik der Unternehmerischen Hochschule MCI in Innsbruck.

Gigantische Teelöffelchen

Bei der thermochemischen Vergasung von Restholz aus der Landschaftspflege und aus sortenreinem, unbehandeltem Altholz aus der kommunalen Sammlung sollen Strom und Wärme erzeugt werden. Das Nebenprodukt Aktivkohle könnte dann zum Beispiel in der Abwasserreinigung eingesetzt werden. So soll ein lokaler Kreislauf geschlossen werden.

Was Aktivkohle so besonders macht, ist ihre große innere Oberfläche. Herkömmliche Holzkohle ist aufgrund der Kapillaren, durch die das Wasser den noch lebenden Baum durchfließt, schon sehr porös. Deshalb hat auch normale Holzkohle eine innere Oberfläche von gut 200 Quadratmetern pro Gramm. Ein Gramm oder Teelöffelchen Aktivkohle hat eine innere Oberfläche von 800 bis 1000 Quadratmetern.

Die große Oberfläche erklärt auch die Reinigungskraft von Aktivkohle: Je größer die Oberfläche, desto mehr Schmutzpartikel bleiben daran haften. Aktivkohle ist schlicht porösere Holzkohle. Die gängigsten Aktivierungsmittel sind CO2 und Wasserdampf. Durch die Reaktion mit diesen Gasen bei hohen Temperaturen entstehen weitere Poren in der Holzkohle – die Aktivierung.

Heiße Forschungsphase

700 bis 1000 Grad Celsius braucht es, um Holzkohle zu aktivieren. Angela Hofmann und ihr Team verfolgen zwei Ansätze, um das so sparsam wie möglich zu erreichen. Zum einen die sogenannte In-situ-Aktivierung: Dabei soll die Restholzvergasung und Aktivkohleherstellung in ein und demselben Prozess geschehen.

Die thermochemische Vergasung von Restholz erzeugt bereits Temperaturen um die 800 Grad Celsius. Daraus entsteht Pulverkohle mit bis zu 300 Quadratmetern pro Gramm. Zweitens sorgt Luftzufuhr für zusätzliche Hitze wie Wind bei einem Lagerfeuer. Das CO2 zur Aktivierung wird direkt aus der Verbrennung entnommen. So will das Forschungsteam die Energie einsparen, die für eine nachgelagerte Aktivierung notwendig wäre.

Saubere Gewässer

Eine zentrale Forschungsfrage des Josef-Ressel-Zentrums, das wie alle seiner Art von der Christian-Doppler-Forschungsgesellschaft und Unternehmenspartnern gestützt wird, dreht sich um die Oberflächenstruktur von Aktivkohle, sodass gewisse Schadstoffe daran haften bleiben, erklärt die Wissenschafterin: "Aktivkohle kann nicht alle Schadstoffe der Welt reinigen, aber viele. Bei 80 Prozent der Stoffe, die wir in den kommunalen Abwässern feststellen konnten, haben wir einen sehr guten Reinigungseffekt festgestellt. Bei weiteren zehn Prozent war er mäßig, und die letzten zehn Prozent waren relativ unbeeindruckt von der Aktivkohle."

In Österreich gibt es glücklicherweise noch relativ saubere Gewässer. Aber auch hierzulande steigt die Schadstoffbelastung etwa durch höheren Medikamentenkonsum und den Einsatz von Pestiziden. "Das Problem an diesen Stoffen ist, dass sie sehr schwer biologisch abbaubar sind. Alle leicht abbaubaren Stoffe werden in der Kläranlage schon eliminiert."

Fische und Östrogen

Nur die schwer abbaubaren Stoffe akkumulieren sich in Fließgewässern und Grundwasser und schaden den Lebewesen dort. "Ein beobachtbares Phänomen ist die Verweiblichung der Fischpopulation, weil über die Anti-Baby-Pille sehr viel Östrogen und Gestagen in die Gewässer getragen wurde", sagt Hofmann. Weil wir Menschen mitunter Fisch essen, fällt das Problem der Fische auch auf uns zurück. Das Problem beginnt beim Menschen, geht dann im Ökosystem die Runde, bis es wieder beim Menschen landet. "Das ist bedauernswerterweise meist erst der Punkt, wo wir in die Gänge kommen und etwas tun", resümiert Hofmann. Das gilt für Medikamentenrückstände ebenso wie für Mikroplastik, Pestizide, Schwermetalle und vieles mehr.

Ein Millionenmarkt

Jedes Jahr werden allein in Europa mehrere Millionen Tonnen Aktivkohle verbraucht. Reisekohletabletten sind aus Aktivkohle. Durch die Industrialisierung und das steigende Bewusstsein für deren schädliche Folgen hat sich die Anwendung von Aktivkohle vervielfacht. Sie kommt in der Medizin, Tierfutter, Industrie und Umwelttechnik zum Einsatz.

Im Zigarettenfilter bleiben unerwünschte Schadstoffe an der Kohle haften, Nikotin aber zieht durch. Auch Koffein bleibt nicht an der Kohle haften. Nikotin und Koffein gehen auch mit Aktivkohlefilter über Umwege an die Fische. "Mittlerweile ist auch die Kosmetikindustrie ganz stark auf Aktivkohle aufgesprungen", sagt Hofmann. Bei Seifen, Peelings, Zahnpasta und Haarshampoo erschließe sich für sie der Grund aber nicht, Aktivkohle beizumischen. Hier gehe es eher um Marketing als um einen messbaren Mehrwert, meint die Verfahrenstechnikerin.

Zwei Jahre haben die Forschenden des Josef-Ressel-Zentrums noch Zeit, um die Herstellung von Aktivkohle aus Restholz auf einer Versuchsanlage in Schwaz und in ihrem Reaktor bei den Kommunalbetrieben in Innsbruck zu testen. Die Chancen stehen gut, dass aus Restholzvergasung dann Energie und regionale Aktivkohle entsteht. (Luca Gasser, 22.10.2023)