Bei der Aufbereitung von Pflanzenkohle lassen sich die wesentlichen Aufbereitungsmethoden je nach eingesetzter Pyrolysetechnologie in Pyrolyse und hydrothermale Karbonisierung einteilen. Mehrere Schlüsselfaktoren beeinflussen den Biokohle-Herstellungsprozess, darunter Karbonisierungstemperatur, Karbonisierungsgeschwindigkeit, Karbonisierungsdruck, Reaktionsverweilzeit, verwendete Katalysatoren, Gasverweilzeit und die Art der Biomasse. Diese Faktoren bestimmen gemeinsam die Eigenschaften und den Ertrag der endgültigen Pflanzenkohle.
Pyrolyse:
Langsame Pyrolyse: Wird bei niedrigeren Temperaturen (300–650 Grad) und längeren Reaktionszeiten (normalerweise weniger als 30 Minuten) durchgeführt und erzeugt hauptsächlich Gase und feste Biokohle. Die langsame Pyrolyse zeichnet sich durch eine hohe Biokohleausbeute aus, die bis zu 35 % erreichen kann.
Schnelle Pyrolyse: Wird bei relativ hohen Temperaturen und sehr schnellen Aufheizraten durchgeführt, mit einer sehr kurzen Produktverweilzeit, wobei hauptsächlich Bio{0}öl und eine kleine Menge Biokohle erzeugt werden, mit einer Biokohleausbeute von etwa 12 % oder weniger.
Mikrowellenpyrolyse: Verwendet Mikrowellenenergie, um die Biomasse direkt zu erhitzen, was zu einer schnellen Aufheizrate und einer einfachen Bedienung führt. Obwohl die Mikrowellenpyrolyse eine geringe Ausbeute an Biokohle aufweist, bietet sie eine effizientere Energienutzung und schnellere Reaktionsgeschwindigkeiten.
Hydrothermale Karbonisierung:
Bei dieser Methode wird Biomasse in unter- oder überkritischem Wasser bei 200 {2}}300 Grad in einem geschlossenen System umgesetzt. Es erfordert keine Vortrocknung der Rohstoffe und eignet sich für die Verarbeitung von Biomasse mit hohem Feuchtigkeitsgehalt. Hydrothermale Karbonisierungsprodukte haben einen hohen Kohlenstoffgehalt und der Prozess ist kontrollierbar, sodass er sich für die Herstellung einheitlicher Kohlenstoffmaterialien eignet.
Vergasung:
Biomasse wird bei hohen Temperaturen in einem Vergaser vergast, um brennbare Gase und Biokohle zu erzeugen. Abhängig davon, ob ein Vergasungsmittel verwendet wird, kann man es in eine Vergasung mit einem Vergasungsmittel (z. B. Luft, Dampf, Sauerstoff usw.) und eine Vergasung ohne Vergasungsmittel (trockene Destillationsvergasung) unterteilen. Durch diese Methode kann der Gehalt an anderen Elementen in der Pflanzenkohle deutlich reduziert werden.
Aktivierungsmethoden:
Säureaktivierung: Pflanzenkohle wird mit Säuren (z. B. Phosphorsäure, Schwefelsäure) behandelt, um ihre physikalischen Eigenschaften und Adsorptionsfähigkeit zu verbessern und ihre chemische Aktivität zu steigern.
Alkalische Aktivierung: Biomasse oder Pflanzenkohle wird in einer alkalischen Lösung behandelt, um die spezifische Oberfläche und Porendichte zu erhöhen und die Adsorptionsfähigkeit negativ geladener Substanzen zu erhöhen. Aktivierung der Metallimprägnierung: Einbringen von Metallen oder Metallsalzen vor oder nach der Pyrolyse, um der Biokohle spezifische katalytische und Adsorptionseigenschaften zu verleihen.
Gasaktivierung: Behandlung von Pflanzenkohle mit Gasen (wie Dampf, CO₂, Ozon usw.) bei hohen Temperaturen, um deren Oberfläche und Porenstruktur zu vergrößern.
