Nachhaltigkeit und Aktivkohlen – Herstellung, Nutzung und Entsorgung

Essen, 13.12.2024 – Aktivkohle ist ein nachhaltiges Produkt, das in verschiedenen Industrien Anwendung findet. Nachhaltigkeit umfasst drei gleichwertige Dimensionen: wirtschaftliche Effizienz, soziale Gerechtigkeit und ökologische Tragfähigkeit. Diese Dimensionen sind untrennbar miteinander verbunden und können bei der Herstellung von Aktivkohle ideal zusammenwirken.

Aktivkohle ist ein kohlenstoffhaltiges, hochporöses Adsorbens mit vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten. Sie wird zur Reinigung von Gasen und Flüssigkeiten eingesetzt, unter anderem in der Trink- und Abwasseraufbereitung, der Entschwefelung von Bio- und Erdgas, der Entfernung von Schwermetallen aus Rauchgasen und der Rückhaltung von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) in industrieller Abluft. Zur Herstellung von Aktivkohle werden verschiedene Rohmaterialien verwendet, darunter Stein- und Braunkohle, Torf, Holz, Nussschalen (insbesondere Kokosnussschalen), Palmkerne und Polymere.

CarboTech, ein führender Hersteller und Händler von Aktivkohlen, setzt verstärkt auf nachhaltige Prozesse und Produkte. Durch innovative Verfahren wie das weltweit einzigartige Wirbelschichtverfahren wird die Aktivkohle effizient reaktiviert, was ihren Lebenszyklus verlängert und den CO₂-Fußabdruck reduziert. Dies führt, in Kombination mit der firmeneigenen Solaranlage, Lastgangoptimierung und Drehzahlsteuerung in der Produktion sowie der Flotte elektrischer Poolfahrzeuge zu einem deutlich reduzierten CO2-Fußabdruck.

Nach der Nutzung gibt es verschiedene Möglichkeiten zur Wiederverwendung oder Entsorgung der gebrauchten Aktivkohle. Je nach Art der Verschmutzung und den physikalischen Eigenschaften des Adsorbens kann eine thermische Verwertung erforderlich sein, aber auch die Regeneration und Wiederverwendung der Materialien ist möglich. Anhand von Beispielen aus Herstellung, Nutzung und Entsorgung von Aktivkohle soll ihr Nachhaltigkeitspotenzial verdeutlicht werden.

Herstellung

Zur Aktivierung von Aktivkohlen können verschiedene kohlenstoffhaltige Materialien verwendet werden. Durch thermische oder chemische Aktivierung wird das Material auf ein kohlenstoffhaltiges Grundgerüst reduziert. Dabei entstehen ineinander verdrehte und verschachtelte Ebenen aus graphitischem Kohlenstoff. Diese Strukturen sind von Fehlstellen durchzogen, die die Porenstruktur der Materialien formen und zu der großen inneren Oberfläche führen, welche für Aktivkohlen typisch ist.

Steinkohle als Rohstoff für Aktivkohlen ist nicht nachhaltig. Der Untertageabbau von Kohle kann zwar Wohlstand für die Bergleute bringen, ist jedoch mit erheblichen Gesundheits- und Umweltrisiken verbunden. Zu den Umweltrisiken gehören die Verschmutzung von Grundwasser durch Grubenwasser, sowie die dauerhafte Veränderung der Landschaft durch Bergsenkungen. Die Gesundheitsrisiken für die Bergleute umfassen Atemwegserkrankungen durch Gesteinsstaub, Methangas- und Staubexplosionen sowie Verletzungen durch herabfallende Gesteine und den Umgang mit Maschinen.

Aktivkohlen auf Holzbasis stellen eine mögliche nachhaltige Alternative dar. Durch die Verkohlung und Aktivierung von Holz können technisch gleichwertige Produkte zu anderen Rohstoffen gewonnen werden. Problematisch an marktüblichen Holzkohlen ist jedoch der Einsatz sehr aggressiver Chemikalien in der Herstellung und die oft unklare Herkunft der verwendeten Hölzer.

Aufgrund seiner schnellen Wachstumsrate ist Bambus eine attraktive Alternative. Jüngere Forschungsprojekte untersuchen die Möglichkeit, Aktivkohlen nachhaltig aus heimischen Hölzern herzustellen, wobei der Fokus auf der Wertschöpfung aus Pflanzenresten wie Grünschnitt liegt.

Die nachhaltigste Lösung stellen Aktivkohlen aus (Kokos-)Nussschalen und Palmkernen dar. Diese Rohstoffe fallen als Abfallprodukte beim Anbau und der Verarbeitung von Kokosnüssen, Nüssen und Palmkernen an und sind somit gut verfügbar. Der geringe sonstige Nutzen dieser Materialien, selbst das Heizen mit ihnen ist oft unattraktiv, und die Nutzung derselben Pflanzen über mehrere Jahre führen zu einem umwelttechnisch vorteilhaften Produkt. Kurze Transportwege, in der Regel sind die Aktivierungsöfen nahe bei oder auf den Plantagen selbst, sowie die Nutzung von Biogas aus der Vergärung von Abfallprodukten zur thermischen Aktivierung können diesen Vorteil noch verstärken. Insgesamt bieten Aktivkohlen aus Kokosnussschalen und Palmkernen eine umweltfreundliche und nachhaltige Lösung, die sowohl ökologisch als auch ökonomisch sinnvoll ist.

Die thermische Aktivierung von Aktivkohlen ist ein energieintensiver Prozess, welcher vielmals noch mit konventioneller Erdgasfeuerung funktioniert. CarboTech ist auch hier Vorreiter einer effizienten Energienutzung, indem die Abwärme dem Abgas nach der Aktivierung durch mehrere Wärmetauscher entzogen und anderweitig genutzt wird. So können Aktivkohlen getrocknet, Gebäude geheizt und überschüssige Energie in das Fernwärmenetz der Stadt Essen abgegeben werden, ohne den Primärenergieverbrauch zu erhöhen.

Nutzung

Aktivkohlen werden zur Abtrennung von Stoffen aus gasförmigen oder flüssigen Phasen eingesetzt. Durch diese Stofftrennung trägt Aktivkohle erheblich zur Nachhaltigkeit bei. Im Bereich Biogas ermöglicht die Entschwefelung eine problemlose Verstromung und Wärmegewinnung, wodurch ein größerer Anteil an erneuerbaren Energien genutzt werden kann. Beim Biogas-Upgrading wird Biomethan in Erdgasqualität erzeugt und ins Gasnetz eingespeist. Aktivkohlen reinigen Abluftströme, sodass VOC, Schwermetalle und andere Verschmutzungen nicht in die Umwelt gelangen. In der Wasseraufbereitung entfernen Aktivkohlen Schadstoffe, bevor diese in Oberflächengewässer, Grund- oder Trinkwasser gelangen. Besonders persistente organische Schadstoffe wie PFAS, Mikroverunreinigungen und Medikamentenreste können so effektiv abgefangen und zurückgehalten werden, wodurch sie nicht in die Umwelt und in Kontakt mit Lebewesen gelangen.

Die Nutzung von Aktivkohle trägt auch zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen bei. Beispielsweise kann die Entschwefelung von Biogas die Emission von Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid um bis zu 99% reduzieren. In der Wasseraufbereitung können Aktivkohlen bis zu 90% der Mikroverunreinigungen entfernen.

Mit der CarboTech ReNew Produktreihe hat CarboTech eine globale Führerschaft im Bereich Nachhaltigkeit übernommen. Dieses Produktportfolio bietet für beinahe jeden Anwendungsfall ein nachhaltiges Produkt, welches vergleichbare Adsorptionsleistungen zu konventionellen Aktivkohlen zeigt.

Entsorgung oder Reaktivierung?

Die Nachhaltigkeit eines Produkts wird im Wesentlichen durch dessen Lebensdauer im Verhältnis zum Ressourceneinsatz bei der Herstellung bestimmt. In einigen Fällen ist die Entsorgung der eingesetzten Aktivkohle unvermeidbar, insbesondere bei großen Beladungen mit Schwermetallen, Schwefel oder Halogenen. Hier muss sorgfältig geprüft werden, wie der Abfall behandelt werden soll.

In den meisten Anwendungsfällen ist jedoch eine Reaktivierung der Aktivkohle nach dem Einsatz problemlos möglich. Werden aus der Gasphase hauptsächlich leicht bis mittelflüchtige Kohlenwasserstoffe adsorbiert, ist eine nahezu vollständige Regenerierung möglich. Auch Aktivkohlen aus der Wasserbehandlung können reaktiviert werden, solange sie den nationalen Grenzwerten, wie beispielsweise der deutschen Trinkwasserverordnung, entsprechen. Dadurch kann die Lebensdauer der Aktivkohle mindestens verdoppelt, wenn nicht sogar vervielfacht werden.

CarboTech, als führender Anbieter von Aktivkohle, setzt auf innovative Reaktivierungsverfahren, die im Vergleich zu herkömmlichen Methoden überlegen sind. Das einzigartige Wirbelschichtverfahren von CarboTech ermöglicht eine besonders effiziente Reaktivierung, bei der die Aktivkohlepartikel optimal behandelt werden. Dies führt zu einer maximalen Adsorptionskapazität, die mit frischem Material vergleichbar ist.

Für die thermische Reaktivierung werden derzeit meist konventionelle Wärmequellen zur Heißgaserzeugung genutzt. Ein Wechsel zu Wasserstoff aus erneuerbaren Energien bietet zusätzliches Potenzial, den Prozess nachhaltiger zu gestalten. CarboTech ist hier Vorreiter und arbeitet kontinuierlich daran, seine Prozesse zu optimieren und nachhaltiger zu gestalten.

Durch die Auswahl eines geeigneten Reaktivierungsverfahrens, wie dem technisch vorteilhaften Wirbelschichtverfahren im Vergleich zu konventionellen Drehrohröfen, können nach der Reaktivierung Produkteigenschaften erreicht werden, die dem Frischmaterial ähneln. CarboTechs Verfahren sind nicht nur effizienter, sondern auch umweltfreundlicher, was sie gegenüber Wettbewerbern hervorhebt.

Fazit

Mit den oben dargestellten Beispielen sollte ein Licht geworfen werden auf die Möglichkeiten, welche Aktivkohle im Bereich Nachhaltigkeit bereithält. Die CarboTech Gruppe verfügt über einen breiten, über Jahrzehnte gewachsenen Erfahrungsschatz im Bereich Aktivkohlen und steht Ihnen gerne in allen Fragen der Nachhaltigkeit zur Seite. Durch ein breites Produktportfolio mit verschiedenen nachhaltigen Rohstoffen, einem etablierten Lieferantennetzwerk mit hohen Anforderungen an die Sozial-, Sicherheits und Umweltstandards sowie den eigenen Reaktivierungsanlagen mit Wirbelschichtverfahren können wir höchste Qualität nachhaltig bereitstellen, dies bescheinigt auch die kontinuierlich erneuerte EcoVadis Auszeichnung.