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Kohlenstoff ist ein unentbehrlicher Baustein unserer modernen Welt - er treibt Maschinen an, ermöglicht chemische Prozesse und spielt auch in der Stahlproduktion eine Schlüsselrolle. Doch die Nutzung fossilen Kohlenstoffs verursacht enorme Mengen an CO2-Emissionen. Die große Frage lautet daher: Wie kann Kohlenstoff künftig nachhaltiger bereitgestellt werden. An der Lösung arbeiten die Wissenschafterinnen und Wissenschafter am Forschungszentrum für Wasserstoff und Kohlenstoff: Sie suchen nach Wegen, wie man aus Biomasse gewonnene Kohlenstoffprodukte für industrielle Anwendungen - und hier im Speziellen der metallurgischen Industrie - nutzbar machen kann.
Aus Biomasse, die während ihres Wachstums Kohlenstoff aus der Atmosphäre bindet, lässt sich durch Pyrolyse - ein Prozess, bei dem das Material ohne Beteiligung von Sauerstoff stark erhitzt und zerlegt wird - Kohlenstoff in einer sehr stabilen Form gewinnen. Dieser biogene Kohlenstoff (Biokohle) kann vielseitig eingesetzt werden, etwa als umweltfreundlicher Ersatz für fossilen Kohlenstoff in der Metallindustrie: Dort kann sie beispielsweise als Hilfsmittel zur Förderung der Schaumschlackenbildung Verwendung finden, wie Robert Obenaus-Emler, Leiter des Resources Innovation Center (RIC) an der Montanuni Leoben, gegenüber der APA erklärte. Doch das ist nur ein Drittel der Geschichte.
Ein großer Teil der Biomasse wird durch die Pyrolyse zu gasförmigen Bestandteilen umgewandelt: "Dieses Pyrolysegas macht rund zwei Drittel der Gesamtmasse aus und wird heute meist thermisch zur Energiegewinnung genutzt", erklärte Obenaus-Emler. Der Leobener Forscher sucht nach Alternativen zur Verbrennung und hat sich für Veredelung entschieden. Er beschäftigt sich damit, wie die Nebenprodukte weiterverarbeitet und stofflich besser genutzt werden können. Das Ziel hinter den Bemühungen ist, die Transformation der Industrie hin zu ressourcenschonenden Prozessen voranzutreiben und Emissionen zu minimieren.
"Wir versuchen, das, was bereits vorhanden ist, bestmöglich stofflich zu nutzen und nicht nur energetisch zu verwerten", so der Leobener Forscher. So können daraus etwa Synthesegas oder Methanol entstehen, zwei wichtige Grundstoffe für die chemische Industrie etwa bei der Herstellung von Kunststoffen. Jürgen Antrekowitsch vom Lehrstuhl für Nichteisenmetalle sieht besonders im metallurgischen Bereich erhebliches Potenzial zur CO2-Reduktion, weil Kohlenstoff dort prozessnotwendig ist. Kohlenstoff aus biogenen Reststoffen könne in Anwendungen zum Einsatz kommen, die auch künftig nicht ohne Kohlenstoff auskommen und die Emissionsbilanz solcher Prozesse verbessern.
An der Leobener Montanuni ist über die Jahre ein großes Forschungszentrum für Wasserstoff- und Kohlenstofftechnologien entstanden. Den Forschenden stand bereits eine Pyrolyseanlage im Labormaßstab zur Verfügung, auf der Konzepte und entsprechende Verfahren zur erweiterten Nutzung von Biomasse getestet wurden. Doch um die Vision in die Praxis zu bringen, braucht es mehr - nämlich eine hochflexible Anlage im Pilotmaßstab. Sie ermöglicht es, verschiedene Varianten des Biomasse-Konzepts zu testen und dabei wichtige Parameter wie Temperatur, Druck und Energieflüsse genau zu analysieren, wie Antrekowitsch erklärte. Die Kombination von Biomasse-Pyrolyse, Hochtemperatur-Gas-Pyrolyse und nachgeschalteter Veredelung im Pilotmaßstab eröffne neue Möglichkeiten für eine umfassende stoffliche Nutzung, sagte er weiter.
Realisiert wurde das mit Unterstützung des Just Transition Fund der Europäischen Union. "Die Montanuniversität Leoben zeigt hier konkret, dass die Transformation der Industrie möglich ist und Klimaschutz und Wettbewerbsfähigkeit kein Widerspruch sind, sondern sich gegenseitig fördern können", betonte Nicolas Gibert-Morin, zuständiger Referatsleiter der Europäischen Union, der am Montag die Anlage in Leoben besichtigte.
Wichtig ist Obenaus-Emler, dass bei der Biomasse-Nutzung bereits bestehende Nutzungen nicht verdrängt werden: Wenn er von Biomasse spricht, hat er Sägeabfälle, Rinde, Schale von Nüssen, Olivenkerne, Astholz bis hin zu Schnittgut aus dem Weinbau im Auge. Daher spricht er auch von Biomasse-Reststoffen. Wie der Forscher gegenüber der APA betonte, sei für ihn auch klar, dass Biomasse alleine die notwendige industrielle Transformation nicht lösen werde. Auch sie ist nicht unbegrenzt verfügbar. Doch biogener Kohlenstoff könnte ein wichtiger Baustein in einem größeren Transformationsprozess sein, "vor allem dort, wo Kohlenstoff auch in Zukunft nicht wegzudenken ist, etwa in der Metallurgie, der chemischen Industrie oder bei der Energiespeicherung", so Obenaus-Emler.
In die neue Infrastruktur zur Erforschung innovativer Verfahren für die vollständige Nutzung von Biomasse im Pilotmaßstab im "Forschungszentrum für Wasserstoff und Kohlenstoff" der Montanuni wurden 5,5 Mio. Euro investiert. 90 Prozent wurden durch die EU-Förderung für regionale Entwicklung (EFRE) aufgebracht, der Rest durch die Steirische Wirtschaftsförderungs GmbH (SFG). "Die Obersteiermark ist wirtschaftlich geprägt durch die metallverarbeitende Industrie. Das macht solche Pilotanlagen hier besonders wichtig", betonte SFG-Geschäftsführer Christoph Ludwig. "Ich bin überzeugt, dass es von Leoben aus Lösungen gibt, die unser Klima in ganz Europa positiv beeinflussen. Hier entstehen Ideen, die weit über die Region hinauswirken", unterstrich Bürgermeister Kurt Wallner (SPÖ).
Die Montanuniversität Leoben bündelt seit 2020 ihre Forschungsaktivitäten im Bereich Wasserstoff und Kohlenstoff in einem strategischen Kernforschungsbereich. Ziel ist die Entwicklung und weiterführende Optimierung nachhaltiger Technologien für die Erzeugung und Anwendung von Wasserstoff und Kohlenstoff und die Integration in klimaneutrale Industrie- und Energiesysteme, wie Rektor Peter Moser ausführte.
Mit dem Schwerpunkt auf Circular Engineering setze man neue Maßstäbe in der Ingenieursausbildung und Forschung: Es geht dabei unter anderem um die ingenieurwissenschaftliche und technischen Umsetzung der Kreislaufwirtschaft sowie Nachhaltigkeit im Materialkreislauf.
++ HANDOUT ++ ZU APA0319 VOM 17.10.2024 - Ein neues Forschungszentrum für Wasserstoff und Kohlenstoff der Montanuni Leoben wurde am Donnerstag in Leoben-Leitendorf eröffnet. Im Zentrum wird unter anderem die Forschung zur Spaltung von Methan in Wasserstoff und festen Kohlenstoff sowie zur Produktion von grünem Kohlenstoff aus Biomassereststoffströmen vorangetrieben.
