Einsatz der Hydrothermalen Carbonisierung (HTC) für die nachhaltige Behandlung und Verwertung von Fraktionen des Sanitärsektors im Sinne eines Biochar/Sewchar-Konzepts

Die Produktion und Anwendung sogenannter Biokohlen und Biochars hat in den vergangenen Jahren stetig an Interesse gewonnen. Definitionsgemäß handelt es sich bei Biochars um die festen Produkte der Pyrolyse pflanzlicher Biomasse, etwa Holzkohle, die zur Bodenverbesserung und Kohlenstoffsequestrierung in der Land- und Forstwirtschaft oder im Garten- und Landschaftsbau eingesetzt werden. Das Pflanzenwachstum erfährt durch die Kreislaufführung dieser carbonisierten Biomasse eine Stimulierung. Biocharsysteme können demnach selbstverstärkend einen Beitrag sowohl zum Klimaschutz als auch zur Sicherung der Nahrungsmittel- und Energieversorgung leisten.

Sowohl konversionstechnische als auch verwertungsbezogene Aspekte pyrolysebasierter Biocharsysteme wurden in den vergangenen Jahren eingehend untersucht, so dass wichtige Grundlagen für deren Anwendung und Bewertung vorliegen. Dies ist für Konzepte, die Verfahren der hydrothermalen Carbonisierung (HTC) für die Produktion kohlenstoffangereicherter Biomassen vorsehen, bisher nicht der Fall. Die HTC besitzt eine Reihe konzeptioneller Vorteile. Während im Rahmen der Pyrolyse trockene Biomassen bei 400 °C bis 800 °C behandelt werden, erfolgt die HTC bei Temperaturen von etwa 180 °C bis 240 °C und Drücken bis etwa 4 MPa in Anwesenheit von Wasser. Im Vorfeld der HTC ist demnach eine energieintensive Trocknung wasserreicher Biomassen nicht erforderlich. Überdies besitzt die HTC eine höhere Kohlenstoffeffizienz, d. h. sie überführt einen größeren Anteil des Kohlenstoffs des Ausgangsmaterials in die Biokohle. Schließlich eröffnet sie die Möglichkeit einer besonders effizienten Kreislaufführung von Pflanzennährstoffen. Dies betrifft in erster Linie Stickstoff und Phosphor, deren Recycling vor dem Hintergrund des erheblichen Energiebedarfs für die Produktion ihrer Mineraldünger und im Falle des Phosphors der schwindenden Verfügbarkeit hochwertiger Rohphosphate zu bewerten ist. HTC-basierte Biokohle-Konzepte können demnach vor allem bei der Verwertung nährstoff- und wasserreicher Biomassen einen Beitrag zum Ressourcenschutz leisten. Dazu gehören etwa Fäkal- und Klärschlämme, deren HTC und bodenbezogene Verwertung Gegenstand von CARBOWERT sind. Da es sich bei den aus Fäkal- und Klärschlämmen produzierten Biokohlen definitionsgemäß nicht um Biochars handelt, wird für sie der Begriff Sewchar verwendet.

Das HTC-basierte Sewcharkonzept für die Behandlung und Verwertung von Fraktionen des Sanitärsektors verspricht zusätzlichen Nutzen. Neben der potenziellen Kohlenstoffsequestrierung und Bodenverbesserung sind die Hygienisierung und die Eliminierung oder Detoxifizierung typischer abiotischer Kontaminanten, wie organische Schadstoffe und Schwermetalle, zentrale Elemente des Sewcharkonzepts. HTC-basierte Sewcharsysteme profitieren zudem von signifikanten Biomasseverfüg-barkeiten - Fäkal- und Klärschlämme besitzen global ein hohes und weiter steigendes Aufkommen, ohne dass sie relevanten Nutzungskonkurrenzen unterliegen - und bieten die Chance einer Steigerung der stofflichen und energetischen Effizienzen neuer und bestehender Sanitärsysteme.

Ungeachtet dieser konzeptionellen Vorteile wurde die Eignung von HTC-Biokohlen (HTCB) als Boden-additive im Sinne des Biocharkonzepts, d. h. das Potenzial ihrer Kohlenstoffsequestrierung und Bodenverbesserung, sowie die energetischen, stofflichen und ökonomischen Bilanzen der Behandlung und Verwertung von Fäkal- und Klärschlämmen in künftigen Sewcharsystemen bisher nur unzureichend untersucht.