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Grundlagen der kombinierten pyrogenen und mineralischen Kohlenstoffabscheidung und -speicherung
Projekt
Förderkennzeichen: 467391808
Laufzeit: 01.01.2021
- 31.12.2023
Forschungszweck: Experimentelle Forschung
Um die globale Erwärmung zu einzudämmen, ist der Entzug von Kohlendioxid (CDR) aus der Atmosphäre dringend in erheblichem Maßstab erforderlich. Zwei heute bereits verfügbare Negativ-Emissionstechnologien (NET) sind die beschleunigte Verwitterung von silikatischem Gestein (engl. enhanced weathering - EW) und die pyrogene Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (engl. pyrogenic carbon capture and storage - PyCCS). Bei EW wird vulkanisches Gesteinsmehl in landwirtschaftliche Böden eingebracht, wo dieses mit CO2 reagiert und gelöstes Bicarbonat bildet, das durch weitere Reaktionen im Boden als Karbonat ausfallen kann oder über die Bodenlösung in Grund- und Oberflächengewässer gelangt und in die Ozeane transportiert wird. Bei PyCCS erfolgt der CO2-Entzug durch Photosynthese (Produktion von Biomasse). Anschließend wandelt die Pyrolyse die Biomasse und damit den pflanzlich aufgenommenen Kohlenstoff in eine stabile Form um, die, wenn sie in den Boden eingebracht wird, für Jahrhunderte stabil bleibt. Die Kombination dieser beiden NETs, d. h. pyrogene und mineralische Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (PyMiCCS), könnte das C-Senken Potenzial pro bewirtschafteter Flächeneinheit maximieren und die positiven Effekte auf die Bodenfruchtbarkeit vereinen und verstärken. Allerdings sind systematische Untersuchungen zu den Materialeigenschaften, zur Kinetik der Verwitterung von Silikatgestein in Gegenwart von pyrogenem Kohlenstoff, zur C-Effizienz der Pyrolyse, zu möglichen Umweltrisiken und zur kombinierten Wirkung beider NETs auf das Pflanzenwachstum erforderlich. Darüber hinaus muss die CDR-Dynamik dieser kombinierten C-Senken erfasst werden, um die Bewertung von PyMiCCS gegenüber anderen NETs zu ermöglichen. Zu diesem Zweck werden sowohl Mischungen aus Pflanzenkohle und Gesteinsmehl als auch Co-Pyrolysate aus Biomasse und Gesteinsmehl experimentell im Kilogramm-Maßstab hergestellt. Diese PyMiCCS-Materialien werden in Säulen- und Gewächshausversuchen eingesetzt. Verwitterungsraten, Nährstoffauswaschung und Pflanzenwachstum werden quantifiziert. Sowohl frische als auch gealterte Pflanzenkohlen werden spektro-mikroskopisch untersucht, um den Einfluss des Gesteinsmehls auf die Speziierung des pyrogenen Kohlenstoffs zu charakterisieren. An gealterter Pflanzenkohle, die aus den Gewächshausexperimenten gewonnen wird, wird der Einfluss des Gesteinsmehls auf den Alterungsprozess untersucht, insbesondere auf die Bildung der organischen Beschichtung der Pflanzenkohle. Diese Beschichtung trägt maßgeblich zur Fähigkeit der Pflanzenkohle bei, hochmobile Pflanzennährstoffe wie Nitrat zurückzuhalten, was eine wichtige Eigenschaft von (gealterter) Pflanzenkohle ist. Basierend auf den experimentellen Daten und Literaturarbeit wird die CDR-Dynamik der PyMiCCS C-Senke beschrieben, um eine spätere Zertifizierung solcher Kohlenstoffsenken zu ermöglichen.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Verfahrenstechnik
- Klimawandel
