8 Kriterien für die Auswahl der richtigen Aktivkohle im Bereich großtechnischer Anwendungen

Aufgrund der in weiten Teilen einstellbaren Fähigkeiten und günstigen Anschaffungskosten findet Aktivkohle in etlichen Anwendungsgebieten Verwendung. Die Vielfältigkeit der Einsatzbereiche und verfügbaren Qualitäten erfordert daher eine detaillierte Analyse, um die Auswahl der richtigen Aktivkohle treffen zu können. Welche Kriterien dabei zu beachten sind, lesen Sie in einem kurzen Überblick.  

1. Für welche Anwendung wird die Aktivkohle eingesetzt?

Für die Auswahl der richtigen Aktivkohle ist als erstes Kriterium die Einordnung in die Branche und das konkrete Anwendungsgebiet relevant. Die wichtigsten industriellen Anwendungsgebiete sind heute Gas- und Luftreinigung, Wasser- und Abwasserreinigung sowie Filtration und Entfärbung von unterschiedlichsten Flüssigprodukten. Aktivkohle entfernt dabei z.B. freies Chlor, Chloramine,, organische Lösungsmittel, Phenole und Pestizide. Ein sehr breites Einsatzgebiet für Aktivkohlen findet sich in der chemischen und pharmazeutischen Industrie sowie Lebensmittel- und Getränkeindustrie.

2. Was ist das Ziel des Aktivkohle-Einsatzes?

Eng verknüpft mit dem ersten Kriterium ist das Ziel des Aktivkohle-Einsatzes, d.h. was soll die Aktivkohle konkret bewirken. Im überwiegenden Anteil der Fälle wird es darum gehen, Störstoffe und Verunreinigungen zu entfernen. Seltener findet Aktivkohle auch bei der Rückgewinnung von Wertstoffen Verwendung:  

• Wasseraufbereitung: Adsorption von organischen Verunreinigungen, Entfernung von Geruchs-, Geschmacks- und Farbstoffen, Entfernung von halogenierten Kohlenwasserstoffen und anderen organischen Schadstoffen

• Lebensmittel/Getränke: Entfärbung und adsorptive Entfernung von gelösten organischen Verunreinigungen sowie Geruchs- und Geschmacksstoffen

• Chemie/Pharma: Behandlung von flüssigen Produktströmen, Rückgewinnung von Wertstoffen, Reinigung der Abluft und des Abwassers

• Erdgasreinigung: Abscheidung von Schwefelwasserstoff, Mercaptanen und Quecksilber

• Biogasreinigung: Abscheidung von Schwefelwasserstoff, Mercaptanen und Siloxanen

• Rauchgasreinigung: Entfernung von Schwermetallen und Dioxinen/Furanen in Müllverbrennungsanlagen

• Abluftreinigung: Entfernung von Schadstoffen zwecks Einhaltung von Emmissionsgrenzwerten

• Spezialanwendungen z.B. im Filterbereich (PKW-Innenraumfilter, Zigarettenfilter)

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften des zu adsorbierenden Stoffes sind ein wesentliches Kriterium zur Auswahl der richtigen Aktivkohle für ein bestimmtes Einsatzgebiet. Sowohl die Art der Verunreinigung als auch deren Konzentration sind im weiteren Auswahlprozess von maßgeblicher Bedeutung.

3. Was ist die Motivation für den Aktivkohle-Einsatz?

Neben dem eigentlichen Ziel kann auch die zugrundeliegende Motivation des Aktivkohle-Einsatzes eine wesentliche Rolle bei der Auswahl der richtigen Aktivkohle spielen: Setzen Sie Aktivkohle erstmalig in einem Prozess ein oder möchten Sie ein bestehendes Produkt ersetzen? Wenn ja, warum? Gibt es Lieferschwierigkeiten, suchen Sie ein günstigeres Produkt oder wird mit dem bestehenden Produkt die gewünschte Leistung nicht erreicht?  

Wenn Sie zum Beispiel ein Produkt austauschen und bestehende Filter weiterhin nutzen möchten, werden wir uns daran orientieren und Ihnen entsprechend dem vorhandenen Equipment die geeignete Aktivkohle empfehlen. Welches Aktivkohle-Produkt Sinn macht, kann daher auch davon abhängen, welche Voraus- und Zielsetzungen die Auswahl beeinflussen oder einschränken.

 

4. Welche Rahmenbedingungen sind vorhanden?

Nicht nur der Anwendungsbereich selbst, sondern auch die eigentlichen Betriebs- und Prozessbedingungen sind ein wichtiges Kriterium für die Entscheidungsfindung. Je mehr Details über Prozess und Arbeitsweise vorhanden sind, desto fundierter kann die Auswahl der Aktivkohle-Qualität getroffen werden. Zu den relevanten Informationen gehören beispielsweise:

• Zu reinigende Gas - oder Flüssigkeitsmenge (m³/h)

• Temperatur

• pH-Wert

• Relative Feuchte im Gas (%) 

• Druck (bar)

• Prozess: kontinuierlich/diskontinuierlich

• Ist eine Reaktivierung der Aktivkohle gewünscht bzw. möglich? 

Und insofern bereits vorhanden:

• Anzahl der Adsorber

• Parallelschaltung/Serienschaltung

• Adsorber-Durchmesser und Aktivkohle-Betthöhe (m)

• Menge/Volumen der Aktivkohleschüttung (m³; to)

Hier geht es also um die Frage, was die Aktivkohle erfüllen muss, damit sie unter den gegebenen Bedingungen sinnvoll einsetzbar ist. Bei der Aufbereitung von Kristallzucker muss die eingesetzte Aktivkohle beispielsweise einen bestimmten pH-Wertbereich aufweisen. Stimmt der pH-Wert bzw. das Produkt nicht, können Produktionsausfälle drohen. 

 

5. Welche Art von Aktivkohle erfüllt die Anforderungen am besten?

Anwendungsbereich, Ziel des Einsatzes und Rahmenbedingungen bestimmen in weiterer Folge, welche prozess- und produktspezifischen Anforderungen die Aktivkohle erfüllen muss. Daraus lässt sich wiederum ableiten, welche Qualität sich aus welchem Rohstoff für den Einsatzbereich am besten eignet:  

• Benötigen Sie Aktivkohle, die ein hohes oder niedriges Absorptionsvermögen hat?

• Müssen große oder kleine Moleküle entfernt werden?

• Muss die Aktivkohle nur einen Stoff absorbieren oder auch die Einhaltung von (weiteren)  Grenzwerten sicherstellen?

• Muss die Aktivkohle bestimmte Reinheitskriterien (z.B. bei Verwendung im Lebensmittelbereich) erfüllen oder Zertifizierungen mitbringen (z.B. bei Wasserbehandlung)

• Benötigen Sie harte oder weiche, saure oder basische Aktivkohle?

Als Rohstoff für Aktivkohle können Holz, Torf, Steinkohle, Braunkohle, Kokosnussschalen, Olivenkerne sowie andere Fruchtschalen oder Kerne genutzt werden. Benötigen Sie zum Beispiel sehr harte Aktivkohle, die wenig Staub und Abrieb erzeugt, dann ist Aktivkohle auf Basis von Kokosnuss die beste Wahl. Wollen Sie aber Farbstoffe oder andere große Moleküle entfernen, dann eignet sich holzbasierte Aktivkohle mit großen Poren.

6. Wie hoch muss die Aktivierung der Kohle sein?

Neben dem Rohstoff hat auch der Herstellungs- bzw. Aktivierungsprozess entscheidenden Einfluss auf die Eigenschaften und das Absorptionsvermögen von Aktivkohlen. Insbesondere die Größe der inneren Oberfläche und die Porenstruktur sind stark abhängig vom Aktivierungsprozess. Dieser erfolgt durch Wasserdampf- oder chemische Aktivierung:

1. Bei der Dampfaktivierung wird kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial einem oxidierenden Gasstrom ausgesetzt (z.B. Wasserdampf, Kohlendioxid oder Gemisch der beiden). Die Aktivierungstemperaturen liegen hierbei üblicherweise im Bereich von 700 bis 1.000 °C.

2. Bei der Chemischen Aktivierung wird hingegen unverkohltes kohlenstoffhaltiges Material (z.B. Sägemehl) mit wasserentziehenden oder oxidierenden Chemikalien (z.B. Phosphorsäure) gemischt und unter Ausschluss von Sauerstoff auf Temperaturen von 400 bis 800 °C erhitzt. Mit diesem Verfahren wird hauptsächlich pulverförmige, offenporige Aktivkohle für die Adsorption aus der Flüssigphase hergestellt.

Grundsätzlich gilt: Je höher die Aktivierung, desto größer die innere Oberfläche und desto hochwertiger und hochpreisiger ist die Aktivkohle. In Hinblick auf die Wirtschaftlich ist zu bedenken, dass mit einer höherwertigen Qualität weniger Aktivkohle verbraucht wird, um dasselbe Ziel zu erreichen. Die Auswahl einer besseren Aktivkohle Qualität kann daher trotz eines eventuell höheren Preises sehr wirtschaftlich sein. Untenstehende Grafiken verdeutlichen den reduzierten Verbrauch hochwertiger Aktivkohle im Produktvergleich.  

7. In welcher Form soll Aktivkohle eingesetzt werden?

Aktivkohle steht in Abhängigkeit von der Anwendung in verschiedenen Formen und Größen zur Verfügung. Hauptsächlich findet sie Verwendung in Form von Granulaten, in pelletierter Form (extrudierte Aktivkohle) und als Pulver. Spezielle Herstellungsarten sind kugelförmige Aktivkohlen sowie Aktivkohlefasern bzw. Fasermatten und sogenannte „Honeycombs”.

8. Festigung der Entscheidung durch Vorort-Test

Auf Basis des vorangegangenen Erhebungsprozesses lassen sich schlussendlich geeignete Aktivkohlen bestimmen. In vielen Fällen wird es darüber hinaus sinnvoll sein, verschiedene Aktivkohlen beim Kunden unter Realbedingungen zu testen. Hierfür stellen wir gern auch Aktivkohlen-Muster vielversprechend scheinender Produkte zur Verfügung. Auf diese Weise kann oft rasch festgestellt werden, welche Aktivkohle unter den Bedingungen vor Ort die besten Ergebnisse liefert.

Fazit: Auswahl der richtigen Aktivkohle-Qualität

Die Aktivkohle-Qualitäten von Donau Carbon umfassen ein großes Spektrum unterschiedlicher Produkte, die mit ihren jeweiligen Eigenschaften und Fähigkeiten für verschiedenste Prozesse geeignet sind. Die Auswahl der richtigen Aktivkohle ist ein komplexer Bewertungsprozess, der in diesem Beitrag nur überblicksmäßig dargestellt werden konnte. Für weitere Auskünfte stehen Ihnen unsere Spezialisten mit breitem Wissen und langjähriger Erfahrung gerne zur Verfügung, um die für Ihren Einsatzzweck optimale Lösung zu finden.