CO2-Bilanz verbessern Erneuerbare Brennstoffe aus alten Weihnachtsbäumen

Forscher der Universität Sheffield und der Universität Valladolid haben festgestellt, dass aus Kiefernnadeln erneuerbare Brennstoffe und Chemikalien mit hohem Mehrwert, zum Beispiel Konservierungsmittel für die Landwirtschaft, hergestellt werden können, wobei nur Wasser als Lösungsmittel verwendet wird.

Jedes Jahr werden im Vereinigten Königreich zwischen sechs und acht Millionen echte Weihnachtsbäume verkauft, von denen schätzungsweise sieben Millionen am Ende der Weihnachtszeit auf der Mülldeponie landen. Das ist nicht nur kostspielig, sondern jeder Baum setzt bei seiner Zersetzung auch 16 kg Treibhausgase frei, wobei Methangas entsteht, das 25-mal wirksamer ist als Kohlendioxid (CO₂).

Wichtige Produkte aus Kiefernnadeln

Eine frühere Universitätsstudie aus dem Jahr 2018 hat ergeben, dass aus den Chemikalien, die aus Kiefernnadeln gewonnen werden, nützliche Produkte hergestellt werden können, wenn sie verarbeitet werden. In der Studie von 2018 wurde festgestellt, dass die chemische Struktur von Kiefernnadeln mit Hilfe von Wärme und Lösungsmitteln in ein flüssiges Produkt (Bioöl), das für die Herstellung von Süßstoffen, Farben, Klebstoffen und Essig verwendet werden kann, und ein festes Nebenprodukt (Biokohle), das in anderen industriellen chemischen Prozessen eingesetzt werden kann, zerlegt werden kann.

Die neuen Forschungsarbeiten bauen auf diesem früheren Forschungsprojekt der Universität auf. Sie wurde von María Andérez-Fernández, einer Doktorandin der Universität Valladolid, durchgeführt, die zum Zeitpunkt der Durchführung eines Großteils der Forschungsarbeiten unter der Leitung von Dr. James McGregor am Fachbereich Chemie- und Bioingenieurwesen der Universität Sheffield zu Gast war.

Dr. McGregor, Senior-Dozent im Fachbereich Chemie- und Bioingenieurwesen, erklärte: „Bei der Reaktion von Kohlendioxid zur CO₂-Abscheidung verwenden wir unter anderem ein Metall, um die Reaktion zu fördern. Das kann ineffizient und teuer sein, also griffen wir auf einige unserer früheren Arbeiten mit Kiefernnadeln zurück, weil wir erkannten, dass wir diese potenziell nutzen könnten, um die Umwandlung des Kohlendioxids in Ameisensäure zu fördern.“

Diese Arbeit zeigt, wie durch die Reaktion von Kohlendioxid und Wasser bei hohen Temperaturen nützliche Produkte hergestellt werden können.

Neue Funde

Andérez-Fernández sagte: „Wir haben herausgefunden, dass wir Kohlendioxid mit Kiefernnadeln und Wasser bei hohen Temperaturen reagieren lassen können, anstatt das Metall und das Kohlendioxid miteinander reagieren zu lassen, und dass sich ein Teil der Kiefernnadeln in das gleiche Produkt wie das CO₂ verwandeln würde.“

„Das Kohlendioxid wird in Form von Natriumbicarbonat eingeführt, das gemeinhin als Backsoda oder Natriumbicarbonat bekannt ist. Diese gemeinsame Umwandlung mit abgeschiedenem Kohlendioxid, die wir in der früheren Forschung mit Kiefernnadeln nicht hatten, hat ergeben, dass die beiden Dinge die Umwandlung gegenseitig verstärken, was sie effizienter macht und in diesem Fall mehr vom Endprodukt – Ameisensäure – erzeugt.“

Nutzen von Ameisensäure

Ameisensäure ist vielseitig einsetzbar: Sie kann in Brennstoffzellen verwendet werden, um Wasserstoff zu speichern und zu transportieren, der dann als Energiequelle genutzt werden kann und eine saubere Alternative zu fossilen Brennstoffen darstellt, da er keine schädlichen Emissionen verursacht.

Es wird auch häufig als Konservierungsmittel für Lebensmittel und als antibakterielles Mittel in Viehfutter sowie bei der Herstellung von Leder und Gummi verwendet.

Andérez-Fernández fügte hinzu: „Mit diesen Ergebnissen legt diese Studie eine neue Strategie für die Aufwertung von CO₂ und Restbiomasse (der Prozess der Wiederverwendung von Abfallstoffen und deren Umwandlung in nützlichere Produkte) fest, um erneuerbare Kraftstoffe und Chemikalien mit Mehrwert herzustellen, wobei nur Wasser als Lösungsmittel verwendet wird und eine gleichzeitige Reaktion stattfindet, die den Prozess vereinfacht und effizienter macht.“

Die Studie untersuchte die Verwendung verschiedener Abfallstoffe – Zuckerrohr und Kiefernnadeln – und kam zu dem Schluss, dass Zuckerrohr zwar effektiver ist, dass Raffinerien aber gemischte Biomasse-Rohstoffe zu verschiedenen Zeiten des Jahres verwenden könnten, wenn verschiedene Abfallprodukte reichlicher vorhanden sind, zum Beispiel Kiefernnadeln im Januar.

Hürden für die Prozessgestaltung

Dr. McGregor fügte hinzu: „Dies könnte eine Herausforderung für die Prozessgestaltung darstellen, da die Raffinerien derzeit Rohstoffe verwenden, die das ganze Jahr über konstant sind. Wenn sich also die Einsatzstoffe im Laufe des Jahres ändern, muss dies berücksichtigt werden. Aber wir würden gerne so weit kommen, dass wir im Januar die Millionen von Kiefernnadeln, die zur Verfügung stehen, verwenden können, anstatt sie zu deponieren.“

Wenn Kiefernnadeln nach Weihnachten gesammelt und auf diese Weise verarbeitet würden, könnten die Chemikalien als Ersatz für weniger nachhaltige Chemikalien verwendet werden, die derzeit in der Industrie eingesetzt werden.

Dies könnte zu einer Verringerung der CO₂-Bilanz des Vereinigten Königreichs führen, da weniger künstliche Weihnachtsbäume auf Kunststoffbasis verwendet werden, weniger Biomasseabfälle auf Deponien landen und schätzungsweise 100.000 Tonnen Treibhausgase eingespart werden könnten, die derzeit jedes Jahr durch deponierte Weihnachtsbäume freigesetzt werden.