Wissenschaftler und Unternehmen aus fünf europäischen Ländern arbeiten gemeinsam im Projekt „Residue2Heat“ an einer umweltverträglichen Alternative der Wärmegewinnung, die fossile Brennstoffe in Zukunft überflüssig machen könnte. Ziel ist, einen flüssigen Brennstoff zu entwickeln, der aus forst- und landwirtschaftlichen Abfällen hergestellt werden kann. Der Brennstoff soll wie gewöhnliches Heizöl im Hausgebrauch verwendet werden können. Ein wichtiger Vorteil wäre eine mögliche Reduktion der CO2-Emission um mehr als 85 Prozent im Vergleich zu fossilen Brennstoffen. Zurzeit wird jedoch nicht nur am Brennstoff selbst geforscht, sondern auch die Herstellung und technische Optimierung der benötigten Brenn-Heizsysteme steht im Fokus. Die Produktion des Bio-Brennstoffs passiert im technischen Verfahren der Schnell-Pyrolyse. Bei diesem Prozess wird organisches Material unter Ausschluss von Sauerstoff innerhalb von wenigen Sekunden auf ca. 500 °C erhitzt. Dabei entstehen Dämpfe, Pyrolysegas, Holzkohle. Durch eine schnelle Abkühlung des Gemischs kondensieren die Dämpfe zum zähflüssigen Pyrolyse-Bio-Öl. Die Nebenprodukte Gas und Holzkohle können sofort weiterverwendet werden, um die Heiztemperaturen der Anlage konstant zu halten – dadurch werden die Abfallprodukte des Verfahrens auf ein Minimum reduziert. Am Ende bleibt Asche übrig, doch auch die kann auf verschiedene Weisen genutzt und recycelt werden. Das Team um den Mikrobiologen Prof. Heribert Insam aus dem Forschungsbereich Mikrobielles Ressourcenmanagement analysiert, wie Asche, die als Reststoff aus dem Verbrennungsprozess hervorgeht, genutzt werden kann.
Die Mikrobiologie der Asche
An der Universität Innsbruck untersuchen die Post-Docs Marina Fernández-Delgado Juárez und María Gómez-Brandón in einem 4-köpfigen Team, wie die im Prozess anfallende Asche verwertet werden kann. Das Recycling solcher Biomassen-Asche hat sich in den vergangenen Jahren zu einem Schwerpunkt am Institut für Mikrobiologie entwickelt und die Forschungsgruppe um Heribert Insam gehört inzwischen weltweit zu den Spezialisten auf diesem Gebiet. „Es gäbe eine Vielzahl von Möglichkeiten, die Asche zu recyceln, zum Beispiel als Dünger in der Landwirtschaft, doch dafür ist eine genaue Untersuchung der Zusammensetzung und Qualität des Produkts extrem wichtig“, erläutert der Mikrobiologe. Wichtig für die weitere Anwendung, zum Beispiel die Ausbringung im Boden, ist genaues Wissen über die Schadstoffgehalte der Asche und deren Auswirkungen auf Boden und Pflanzen. Nur dadurch ist auch sicherzustellen, dass die Asche beispielsweise als Dünger ökologisch unbedenklich ist. In Gewächshaus-Experimenten wollen die Wissenschaftler verstehen, wie die Asche auf Boden, Bodenmikroorganismen und Pflanzen wirkt.
Mikrokosmos im Glas
Ein gutes Kilogramm Boden, eine traditionelle Tiroler Getreidesaat und eine Glassäule – das sind die Grundbestandteile der zurzeit laufenden Mikrokosmos-Experimente im Labor des Instituts für Mikrobiologie. Mit diesen Experimenten wollen die Forscher herausfinden, wie sich die Asche auf den Boden, die Bodenbewohner und die Pflanzen auswirkt: Wie reagieren die Bodenmikrobiota und wachsen die Pflanzen dadurch besser oder schlechter? Für die Untersuchungen hat das Land Tirol eine spezielle, alte Tiroler Getreideart zur Verfügung gestellt – den Frühsommerdinkel. Auch der Boden stammt aus der Region. Es handelt sich dabei um Proben natürlicher Braunerde einer Fläche in Trins, die in den letzten sieben Jahren nicht genutzt wurde. Dabei ist wichtig, dass der Boden vor den Experimenten unbehandelt ist – nur so können Verunreinigungen und Störfaktoren für die Untersuchungen ausgeschlossen werden. Die Glaszylinder werden mit der Bodenprobe befüllt, die Asche aufgebracht und der Frühsommerdinkel gesät, danach beginnt die eigentliche Untersuchung. In den nächsten 60 bis 100 Tagen, bis das Getreide reif ist, werden die mit Asche behandelten Proben mit Kontrollproben ohne Asche verglichen. Im Verlauf des Experiments wird dann deutlich, wie sich der „Bio-Dünger“ auf die Pflanzen, aber auch verschiedene Pflanzenteile wie Wurzeln oder oberirdische Bestandteile auswirkt. „Am Ende des Experiments wird das Korngewicht ermittelt, um zu erfahren, ob die Behandlung mit der Asche für die landwirtschaftliche Nutzung von Vorteil ist“, erklärt Heribert Insam.
Zukünftige Herausforderungen
Da die Asche aus biologischen Abfällen produziert wird, unterscheidet sich ihre Zusammensetzung von Probe zu Probe. Je nachdem, welche Art von Biomasse verbrannt wird, beinhaltet die Asche andere Mineralien. Momentan werden verschiedene Biomassearten getestet, die in weiterer Folge standardisiert werden sollen. „Die Komposition der Brennstoffe ändert sich jahreszeitlich, aber hängt auch davon ab, aus welchen Produktionsprozessen sie stammen. Eine konstante Zusammensetzung zu erreichen, ist daher eine der größten Herausforderungen.“ Neben der Arbeit im Labor müssen die Wissenschaftler allerdings auch die rechtliche Situation in verschiedenen Ländern erheben, um genau zu wissen, wie die Asche genutzt werden darf. Ob sie direkt auf den Boden aufgebracht oder als ein Bestandteil von Kompost verwendet werden kann, sind rechtliche Fragen, die noch geklärt werden müssen. Dabei unterstützt die Mikrobiologen mit der BioTreaT GmbH ein Spin-off-Unternehmen der Universität Innsbruck. Das gesamte Projekt wird von der Europäischen Union im Rahmen des Horizon-2020-Programms finanziert.