Aktivkohlen sind kohlenstoffhaltige Adsorptionsmittel, die in der Industrie seit Jahrzenten Verwendung finden. Sie werden in einer Vielzahl von Prozessen wie der Abluftreinigung, Entschwefelung, Lösemittelrückgewinnung, Abwasser-, Deponiewasser- und Trinkwasserreinigung oder in Innenraumfiltern eingesetzt. Dabei wird die Fähigkeit von Aktivkohlen genutzt Moleküle aus der Gas- oder Flüssigphase an ihre innere Oberfläche zu binden und somit aus der fluiden Phase zu entfernen. Dieser Prozess wird als Adsorption bezeichnet. Aktivkohlen sind hochporös und besitzen große innere Oberflächen von bis zu 2500 m2/g und somit eine große Oberfläche, an die sich Moleküle binden können. Das macht sie unverzichtbar im Hinblick auf den Umweltschutz, für den immer strengere Richtlinien gelten. Aktivkohle kann gefährliche Stoffe wie Quecksilber, PFAS, Schwefelwasserstoff oder aromatische Kohlenwasserstoffe zurückhalten oder aus dem Kreislauf entfernen.
Von der Schale zur Aktivkohle
Als Basismaterial für die Herstellung einer Aktivkohle werden verschiedene Ausgangsmaterialien mit einem hohen Kohlenstoffgehalt wie Stein- und Braunkohle, Holz, und Torf verwendet. Im Hinblick auf die Nachhaltigkeit gewinnen landwirtschaftliche Nebenprodukte wie Kokosnussschalen und Fruchtsteine oder schnell- und nachwachsende Rohstoffe wie Bambus zunehmend an Bedeutung. Zur Herstellung von Aktivkohlen werden mehrere Prozessschritte durchlaufen. Zunächst werden die Rohmaterialien vorbereitet, dazu werden sie beispielsweise gewaschen, getrocknet oder zerkleinert. Anschließend folgt eine Carbonisierung, bei der flüchtige Bestandteile ausgetragen werden und somit der Kohlenstoffgehalt des Vorprodukts erhöht wird. Anschließend folgt die Aktivierung, bei der das große innere Volumen der Aktivkohle entsteht und sie ihre charakteristische Eigenschaft erhält. Bei der Carbonisierung und Aktivierung wird zwischen thermischer und chemischer Aktivierung unterschieden.
Bei der chemischen Aktivierung wird ein unverkohltes, pflanzliches Material mit einer wasserentziehenden und oxidierend wirkenden Chemikalie (u.a. Phosphorsäure, Kaliumhydroxid oder Zinkchlorid) gemischt und unter Luftausschluss auf 400 bis 600 °C erhitzt wird. Dies bewirkt, dass Wasserstoff und Sauerstoffatome aus dem Material entfernt werden. Bei diesem Verfahren findet Aktivierung und Carbonisierung zeitgleich statt. Die entstehende Porenstruktur ist unter anderem von dem verwendeten Oxidationsmittel und der Prozessdauer und -temperatur abhängig.
Bei der thermischen Aktivierung werden zunächst die flüchtigen Bestandteile (z.B. Wasser, Wasserstoff, Kohlenwasserstoffe, Kohlenstoffdioxid) bei hohen Temperaturen in einer inerten Atmosphäre ausgetragen. Dies resultiert in einer Erhöhung des Kohlenstoffgehalts. In der folgenden eigentlichen Aktivierung wird die Porosität unter Verwendung eines Oxidationsmittels, oft Wasserdampf, in einer Stickstoff- oder Kohlenstoffdioxidatmosphäre erhöht. Dabei reagiert ein Teil des Kohlenstoffs mit Wasser zu Kohlenstoffmonoxid und Wasser unter Entstehung eines mikroporösen Materials. Da die Reaktion endotherm abläuft, das heißt es wird Energie benötigt, findet die Aktivierung bei Temperaturen zwischen 800-1000 °C statt. Der Aktivierungsschritt wird technisch in verschiedenen Reaktoren durchgeführt, wobei überwiegend Mehretagenöfen, Drehrohröfen, Schachtöfen oder wie bei CarboTech mehrstufige Wirbelschichtreaktoren eingesetzt werden. Diese erzeugen aufgrund von sehr guten Wärme- und Stoffübergangsbedingungen ein besonders homogenes Porensystem.
Je nach Ausgangsmaterialen, Aktivierungsprozess und -parametern lassen sich Aktivkohlen mit unterschiedlichen Adsorptionseigenschaften herstellen. Aufgrund dieser Unterschiede eignen sie sich für den Einsatz in unterschiedlichen Anwendungsfeldern, die sich unter anderem in den Zielkomponenten und Prozessbedingungen unterscheiden.
Reaktivierung
Abhängig von der Adsorptionskapazität der Aktivkohle sowie der Adsorbierbarkeit und Konzentration der zu entfernenden Komponenten, ist die eingesetzte Aktivkohle nach einer bestimmten Standzeit erschöpft und muss ausgetauscht werden. Je nach adsorbierten Substanzen ist es möglich, eine erschöpfte Aktivkohle wieder durch eine Reaktivierung einsatzfähig zu machen. Hierdurch werden durch die Wiederverwendung der Aktivkohle Rohstoffe eingespart, da weniger Frischkohle produziert werden muss. Hinzu kommt, dass aus einem Abfall erneut ein Wertstoff gewonnen wird und somit Abfall vermieden wird. Für die Reaktivierung setzt der Aktivkohleproduzenten CarboTech im Sinne einer umweltfreundlichen Kreislaufführung das selbst entwickelte Wirbelschicht-Verfahren ein.
In der Anlage findet die Reaktivierung auf mehreren Etagen statt. Dazu sind mehrere Wirbelschichtböden übereinander platziert auf denen sich die beladene Aktivkohle befindet. Von unten wird diese mit einem heißen Gasgemisch (u.a. Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid) durchströmt, woraus eine Aufwirbelung der Aktivkohlepartikel resultiert. Durch die Fluidisierung der Aktivkohle liegen die Partikel in einem vereinzelten und freibeweglichen Zustand vor, wodurch sehr gute Wärme- und Stoffübergangsbedingungen gegeben sind. Hierdurch können die Aktivkohlen im Vergleich zum Drehrohrofen besonders gleichmäßig reaktiviert werden. Das hauseigene Wirbelschichtverfahren schafft die Basis für eine konstante Produktqualität, auch nach mehrmaliger Reaktivierung. So können durch die Reaktivierung im mehrstufigen Wirbelschichtreaktor die Adsorptionsleistungen der Frischkohle nahezu erreicht werden.
Jede Altkohle-Lieferung wird auf ihre Reaktivierbarkeit im Sinne der Nachhaltigkeit überprüft. Dank der langjährigen Erfahrung und modernen Produktionsanlagen kann CarboTech so gut wie jede Altkohle durch Reaktivierung für den erneuten Einsatz aufbereiten. Die Reaktivierung durch den Anbieter erfolgt unter den gleichen strengen Bedingungen, die auch in der Produktion eingehalten werden. Auftraggeber erhalten regenerierte Aktivkohlen zurück, die die ursprünglichem Adsorptionsleistung der Ausgangsaktivkohlen ohne Einschränkung erbringen.
Nachhaltigkeit und nachwachsende Rohstoffe
Die Nachhaltigkeit eines Produkts hängt von verschiedenen Faktoren ab. Bei der Herstellung von Frischaktivkohle wird diese maßgeblich von den Rohstoffen, aus denen die Aktivkohle hergestellt wird, bestimmt. Bei CarboTech wird daher verstärkt auf nachwachsende Rohstoffe gesetzt und neue Ausgangsmaterialien aktiv getestet. Das Ziel ist die Umstellung auf ein nachhaltiges Produktportfolio, das sowohl aus bereits verfügbaren nachhaltigen Rohstoffen als auch aus neuen, nachhaltigen Ausgangsmaterialien besteht. Der Anbieter setzt bereits seit langem auf nachwachsende Rohstoffe wie Kokosnuss und Holz und arbeitet kontinuierlich an der Erschließung neuer Quellen. Der Anspruch ist es, den nachhaltigen Anteil in den nächsten Jahren auf 80 % zu erhöhen. Dazu wird weltweit aktiv nach weiteren nachhaltigen Rohstoffquellen gesucht und ihre Eignung zur Produktion der hochwertigen Aktivkohle getestet.
Ein weiterer wichtiger Faktor in Bezug auf die Nachhaltigkeit ist die Reaktivierung von Aktivkohlen. Die Rückführung gebrauchter Aktivkohlen ist immer dann, wenn sie technisch möglich ist, ein ökonomisches und ökologisches Muss. Ein Container reaktivierte Aktivkohle spart etwa 93 t CO2 im Verhältnis zur gleichen Menge Frischkohle. Im Sinne der Nachhaltigkeit möchten CarboTech daher langfristig ihr Portfolio von Pulveraktivkohle auf granulierte Aktivkohle umstellen, da sich diese im Vergleich zu Pulverkohlen reaktivieren lassen.
Bitte füllen Sie alle benötigten Felder aus.
Ein Fehler ist aufgetreten. Bitte Versuchen Sie es noch einmal.
Haben Sie Interesse an dem Produkt oder der Dienstleistung?
Gerne helfen wir Ihnen mit dem Anbieter in Kontakt zu treten.
