Herstellung von Aktivkohle

Aktivkohle kann aus verschiedenen Materialien wie Steinkohle (Anthrazitkohle), Kokosnussschalen, Braunkohle und Holz gewonnen werden. Aus Kostengründen wird Aktivkohle meist durch das Verfahren der Heißdampf-Aktivierung hergestellt. Bei diesem Verfahren wird das Vormaterial in einem Vakuum im Ofen mit ca. 900–1100°C Heißdampf aktiviert. Durch den fehlenden Sauerstoff wird verhindert, dass das Material verbrennt. Stattdessen führt die Hitze dazu, dass sich die Oberfläche im Inneren der Materialien stark vergrößert. Die so entstandene Aktivkohle kann für unterschiedliche Zwecke weiterverarbeitet werden.

Die innere Struktur in der Vergrößerung. Geruchsmoleküle haften and der Aktivkohle.

Wie funktioniert ein Aktivkohlefilter?

Ein Aktivkohlefilter hat, abhängig von der verwendeten Kohle, ein bestimmtes Adsorptions-Potential. Sobald Luft durch die Kohle strömt, haften sich Geruchsmoleküle im inneren der Aktivkohle an. Organische Verbindungen werden von der Aktivkohle adsorbiert. Siehe oben im Bild gelb dargestellt. Durch den Luftstrom verliert der Filter auch an Kapazität. Dies ist vergleichbar mit einer Batterie, die an einen Verbraucher angeschlossen wird. Die Menge des Luftstroms (gemessen in m³/h) hat entsprechend Einfluss auf die Standzeit des Filters. Maßgeblich verantwortlich für den Luftstrom ist der Druckabfall des Filters und damit der Widerstand der Kohle gegen den Luftstrom. Filter, die mit Granulatkohle gefüllt sind (z. B. 4 x 8 mm), haben einen um Faktor 1,4 höheren Widerstand als Filter, die mit 4 mm Pellet-Kohle gefüllt sind. Es werden Filter angeboten, die in Gardinengaze gefüllten Kohlestaub verwenden. Der Druckabfall ist hier um den Faktor 2,5 höher als bei Filtern, die mit 4 mm Pellet-Kohle befüllt sind. Es gilt die Regel: Je kleiner die Kohlepartikel, desto größer der Widerstand gegen den Luftstrom. Je höher der Widerstand (Druckabfall des Filters) ist, desto geringer wird der Luftstrom vom Absaugventilator. Der Druckabfall des Filters ist also ein Faktor für die Qualität eines Filters. Beispiel: Ein Filter mit 2 l Kohlevolumen, gefüllt mit Granulat-Kohle 4 x 8 mm, wird an einen Rohrventilator mit 160 m³/h angeschlossen. Der effektive Luftstrom mit Filter beträgt ca. 100 m³/h. Der gleiche Filter mit 4 mm Pellet-Kohle erreicht einen Luftstrom von 140 m³/h. Ein Filter mit Kohlestaub im Vlies (Gardinenstoff ) erreicht lediglich 70 m³/h. Daraus folgt, dass die Lebenszeit eines Kohlefilters von der Jodaufnahme-Kapazität der Kohle sowie der Menge des Luftstroms in m³/h abhängt. Reduziert man den Luftstrom eines mit Pellets gefüllten Filters von 140 m³/h auf 70 m³/h verdoppelt sich die Lebenszeit des Filters und der Ventilator wird weniger belastet.

Adsorptions-Qualität

Die Kapazität von Aktivkohle wird durch die Jodaufnahme in mg/g Kohle oder den CTC-Wert ausgedrückt. Er bezeichnet die Tetrachlorkohlenstoffaktivität von Aktivkohle und wird zur Qualitätsprüfung herangezogen. Je höher der CTC-Wert ist, desto effektiver ist der Filter, da um so mehr organische Verbindungen aufgenommen werden. Grundsätzlich gilt: Je länger die Luft durch die Kohle strömt (Kontaktzeit), um so besser ist das Adsorptions-Ergebnis. Die Dicke des Kohlebettes ist also ein entscheidender Faktor, allerdings erhöht sich auch der Druckabfall, je dicker das Kohlebett ist. Es gilt also, eine bestimmte Kontaktzeit der Luft zur Kohle einzuhalten. In der Praxis bedeutet das: Bei CTC70 Pellet-Kohle ist ein Luftdurchsatz von < 200 m³/h pro 1–1,5 kg Kohle ausreichend. Das Filterergebnis hängt daher auch von der Strömungsgeschwindigkeit ab. Bei Geruchsentwicklung sollte man den Luftstrom reduzieren! Es gilt auch: je kälter die Luft, desto besser das Filterergebnis.

Aktiviertes Holz-Granulat

Zu Aktivkohle umgewandeltes Pinien Holz ist nach der Aktivierung sehr leicht. Das Schüttgewicht beträgt nur ca. 200–250 g pro Liter Volumen. Bei Granulat können maximale CTC-Werte von 50–55% erreicht werden. Die Jodaufnahme beträgt in der Regel max. 500–950 mg/g. Der Grund für die relativ niedrigen Werte ist, dass das Vormaterial ein geringes spezifisches Gewicht hat und das Holz nicht lange den hohen Temperaturen im Ofen standhalten kann. Die Kohle wird porös und zerfällt. Vorteile sind der günstige Preis, eine gute Verfügbarkeit und die anfänglich guten Adsorptions-Eigenschaften. Nachteile sind die Empfindlichkeit gegen Feuchte, ein hoher Druckverlust und die auf das Volumen bezogene geringe Adsorptions-Kraft, die sich auf die Standzeit auswirkt.

Aktivierte Kokosnussschale

Aktivierte Kokosnussschale hat sehr gute Adsorptions-Eigenschaften und wird u. a. zur Filterung von flüchtigen Gasen z. B. Aceton, Benzin etc. eingesetzt. Es wird davon ausgegangen, dass die hohe Filterleistung durch die natürliche Faser-Struktur der Schalen hervorgerufen wird. Aktivierte Kokosnussschalen sind auch in pelletierter Form erhältlich. Es können Jodaufnahmen von bis zu 1250 mg/g erreicht werden, der CTC-Wert liegt bei max. 50–65%. Das Schütt-Gewicht beträgt je nach Aktivierungszeit ca. 420–500 g/l. Nachteile sind der hohe Preis, die erntebedingten Engpässe bei den Ausgangsmaterialien und ein hoher Druckabfall bei Granulat-Kohle.

Aktivkohle-Pellets auf Basis von Anthrazitkohle

Anthrazitkohle, auch Steinkohle genannt, hat von Natur aus einen sehr hohen Kohlenstoffgehalt und ein hohes spezifisches Gewicht. Im Gegensatz zu Granulat-Kohle ist zur Herstellung von pelletierter Kohle ein weiterer Produktionsschritt notwendig. Die Steinkohle wird zu Pulver vermahlen und wird mit einem Kleber (auch Binder genannt) vermischt. In der Regel wird hierzu Bitumen verwendet. Der Kohle-Bitumen-Teig wird durch eine gelochte Matrix gedrückt. Durch den Binder kann die Kohle den hohen Temperaturen im Ofen länger standhalten als Granulat-Kohle. Dadurch können CTC-Werte von > 100% und eine Jodaufnahme von 1280 mg/g erreicht werden. Vorteile dieser Art der Aktivkohle sind, geringer druckabfall und das hohe Jodzahlen und CTC-Werte erreicht werden können. Ein geringer Druckabfall und sehr gute Standzeiten bei hoher Feuchte sind ebenfalls von Vorteil. Die Nachteile sind der höhere Preis und hohe Emissionswerte bei der Herstellung.

Fazit:

• Light-Filter, die mit aktiviertem Holz (Mesh 4 x 8) befüllt sind, halten in der Praxis kaum länger als 3 Monate, bei einem 10 cm Bett halten die Filter länger, allerdings ist der Druckabfall viel zu hoch für Standard Rohrventilatoren
• Mit Aktivkohlestaub in Vlies gefüllte Filter (mit Gardinenstoff vergleichbar) haben einen sehr hohen Druckabfall.
• Der Luftdurchsatz ist gering, dadurch erhöht sich die Kontaktzeit. Durch den geringen Luftdurchsatz werden hohe Standzeiten erreicht. Sollen jedoch höhere Durchsätze erreicht werden, sind Hochdruck-Ventilatoren mit hohem Stromverbrauch nötig. Bei erhöhtem Durchsatz verliert der Filter an Adsorptions-Qualität und Standzeit. Die Effizienz ist dann entsprechend schlechter.
• Filter, die mit Kokosnuss-Kohle (Mesh 4×8) befüllt sind, filtern sehr gut und erreichen hohe Standzeiten. Allerdings haben sie auch einen hohen Druckabfall.
• Wir von Prima Klima sind selbst Anwender und wissen, worauf es bei Filtern ankommt. Wir befüllen unsere Filter mit CTC75 Anthrazit-Kohle-Pellets, oder auch mit Kokusnusskohle also mit der hoch- wertigsten Aktivkohle. Unsere Aktivkohle-Filter haben einen geringen Druckabfall. Es werden hohe Luftströme erreicht, die bei Bedarf reduziert werden können. Damit werden hohe Standzeiten und beste Adsorptions-Ergebnisse erreicht. Das bedeutet für unsere Kunden: Simply the best! Jod-Aufnahme eines Aktivkohlefilters mit einem Volumen von 2 Litern: 2 Liter Kohle-Volumen im Filter x 470 g/ Liter Schüttdichte = 940 g Kohleinhalt im Filter.