Trockeneis aus biogenem CO₂: wie es entsteht und wann es sinnvoll ist

Trockeneis aus biogenem CO₂ entsteht, indem Kohlendioxid in der Aufbereitungsanlage vom Biogas abgetrennt, gereinigt, verflüssigt und zu „Schnee“ entspannt wird, der anschließend zu Granulat oder Blöcken gepresst wird. Chemisch unterscheidet es sich nicht von Trockeneis aus anderen Quellen; es unterscheidet sich durch die Herkunft des Kohlenstoffs, der aus Biomasse stammt und nicht aus fossilen Brennstoffen. Das ist für die Klimabilanz von Bedeutung, ändert aber nichts an den technologischen und qualitativen Anforderungen.

Woher das CO₂ kommt

Biogas enthält in der Regel einige Dutzend Prozent CO₂, das bei der Aufbereitung entfernt wird, um Biomethan zu erhalten. Der aus der Anlage austretende CO₂-Strom ist mitunter rein oder mit Resten von Methan, Luft, Feuchtigkeit und Schwefelverbindungen verunreinigt, je nach Technologie (siehe Upgrading: Vergleich der Technologien). Die Verwertung von CO₂ beschreibt der Text Biogenes CO₂ aus Biomethananlagen.

Wie Trockeneis entsteht

1. Reinigung. Entfernung von Wasser, Schwefelverbindungen, flüchtigen organischen Verbindungen, Methanresten und anderen Verunreinigungen, entsprechend dem Verwendungszweck des Produkts.
2. Verflüssigung. CO₂ wird unter erhöhtem Druck und bei erniedrigter Temperatur verflüssigt (der Tripelpunkt von CO₂ liegt bei ca. 5,18 bar und −56,6 °C, daher existiert die Flüssigkeit nur oberhalb dieses Drucks).
3. Entspannung. Flüssiges CO₂ wird auf Atmosphärendruck entspannt, wodurch ein Teil zu Gas und ein Teil zu feinem Schnee wird. Das bei der Entspannung entstandene Gas kann in das System zurückgeführt werden.
4. Pressen. Der Schnee wird zu Granulat (Pellets) oder Blöcken gepresst. Die Pressparameter beeinflussen Dichte und Sublimationsgeschwindigkeit.

Qualitätsanforderungen

Trockeneis, das in Kontakt mit Lebensmitteln verwendet wird, muss die Anforderungen an CO₂ als Lebensmittelzusatzstoff erfüllen (Bezeichnung E 290 in der Verordnung (EG) Nr. 1333/2008) sowie die in der Branche der technischen Gase angewandten Qualitätsstandards, wie die Leitlinien der EIGA. Für ein technisches Produkt (Reinigung, Kühlung beim Transport) sind die Anforderungen milder. Die Anforderungen an CO₂ in Lebensmittelqualität sind hoch, daher muss der Rohstrom aus der Aufbereitung in der Regel gereinigt und im Labor geprüft werden. Die Qualität bestimmen Anlagenlieferant und Abnehmer; man sollte nicht davon ausgehen, dass jeder Strom „geeignet“ ist.

Anwendungen

• Kühlung und Transport von Lebensmitteln und Arzneimitteln.
• Strahlreinigung (rückstandsfreie Entfernung von Verunreinigungen von Oberflächen).
• Lebensmittelindustrie: Abkühlen, Gefrieren, Mischen in Prozessen.
• Visuelle Effekte und Gastronomie, unter Einhaltung der Regeln der sicheren Verwendung.

Ob es wirtschaftlich sinnvoll ist

Die Wirtschaftlichkeit hängt vom Umfang (Menge des verfügbaren CO₂), von der Reinheit des Stroms, von der Entfernung zu Markt und Abnehmern sowie von den Kosten für Verflüssigung und Kühlung ab. Trockeneis hat eine begrenzte Lagerzeit (es sublimiert), daher ist die Logistik anspruchsvoll. In vielen Fällen lohnt sich die Verwertung von CO₂ in flüssiger Form, und Trockeneis ist eine der Formen, die es erlauben, das Produkt den Kunden ohne kryogenen Tank zu liefern. Dieser Rahmen entscheidet darüber, ob die Investition sinnvoll ist, und erfordert eine Analyse des Abnehmermarkts.

Klimaaspekt

CO₂ aus Biomasse gehört zum kurzen Kohlenstoffkreislauf. Trockeneis kehrt nach der Sublimation in die Atmosphäre zurück und ist daher keine dauerhafte Kohlenstoffspeicherung. Der Nutzen besteht darin, dass es CO₂ fossilen Ursprungs ersetzt, wo dieses verwendet worden wäre. Zur dauerhaften Entnahme von CO₂ dienen Lösungen wie BECCS; siehe BECCS und Speicherung von biogenem CO₂. Umweltaussagen sollte man auf eine Bilanzierungsmethodik stützen und nicht auf das Schlagwort „Bio“.

Wie viel Trockeneis ein CO₂-Strom ergibt

Bei der Entspannung von flüssigem CO₂ auf Atmosphärendruck geht nur ein Teil der Masse in festen Schnee über, und der Rest kehrt als Gas zurück; dieser Anteil hängt von Druck und Temperatur der Flüssigkeit vor der Entspannung ab und ist in typischen Systemen kleiner als die Hälfte. Eine gut ausgelegte Anlage verdichtet und verflüssigt das verdampfte Gas erneut, sodass der CO₂-Verlust geringer ist. Für die Planung muss man daher den Lieferanten nach der Ausbeute im gesamten Kreislauf fragen und nicht nur nach der Leistung der Presse. Hinzu kommt der Energieverbrauch für die Kühlung, der in der Kostenbilanz mitunter die entscheidende Position ist.

Fragen zur Erwägung vor der Entscheidung

• Welche Reinheit hat der CO₂-Strom aus der vorhandenen Aufbereitungstechnologie, und lässt sie sich erhöhen?
• Wie viele Abnehmer gibt es in vernünftiger Entfernung, und wie hoch ist ihre Nachfrage im Jahresverlauf (Saisonalität)?
• Soll das Produkt für Lebensmittel oder technisch sein, und welche Qualitätsprüfungen werden erforderlich sein?
• Was geschieht mit dem CO₂ in Zeiten, in denen die Nachfrage gering ist?

Sicherheit

Trockeneis verursacht Kälteverbrennungen, und seine Sublimation in geschlossenen Räumen verdrängt Sauerstoff. Bei Lagerung und Transport werden Belüftung und gasdurchlässige Verpackungen verwendet (Trockeneis darf nicht in dichten Behältern eingeschlossen werden). Die Sicherheitsregeln der Verwendung sollten sich aus dem Sicherheitsdatenblatt des Lieferanten und den Verfahren des Betriebs ergeben.