In der Pflanzenkohle ist je nach Herstellungstemperatur bis zur Hälfte des CO₂, das eine Pflanze ursprünglich aus der Atmosphäre aufgenommen hat, in der stabilen Kohlenstoffstruktur gebunden. Deshalb gilt die Pflanzenkohle gemäss IPCC als C-Senke. Entscheidend dabei ist, wie lange der Kohlenstoff stabil gespeichert wird. Die Langzeitstabilität der Pflanzenkohle lässt sich verlässlich abschätzen. In Pflanzenkohle aus Holz, die bei über 550°C pyrolysiert wurde, ist – konservativ gerechnet – mindestens 75% des Kohlenstoffs für 1000 Jahre oder mehr gespeichert.
Pflanzenkohle kann Kohlenstoff langfristig speichern. Neuste Forschungsresultate zeigen, dass ein Teil des Kohlenstoffs in Pflanzenkohle in der chemischen Struktur der Petrokohle sehr ähnlich ist und einen hohen Anteil an so genannten Inertiniten aufweist. In diesen Inertiniten ist der Kohlenstoff in stabilen aromatischen Ringen gebunden, die miteinander in sehr grossen Strukturen verbunden sind. Diese Strukturen sind extrem widerstandsfähig gegen biologische und chemische Zersetzung und werden in der Forschung als geologisch stabil eingestuft.
Ein weiterer Teil ist in weniger stabilen Kohlenstoffstrukturen gebunden. Dabei sind weniger Kohlenstoffringe miteinander verbunden oder der Kohlenstoff ist in kettenartigen Strukturen angeordnet (Aliphaten). Typisch für diese Strukturen ist, dass sie an den Enden noch chemische Verbindungen mit Wasser- und Sauerstoff aufweisen. Diese Fraktion wird deutlich schneller abgebaut – Modellrechnungen und Feldbeobachtungen deuten auf mittlere Verweilzeiten im Bereich von 50 bis 100 Jahren hin, bevor dieser Kohlenstoff vollständig mineralisiert ist.
Je nach Pflanzenkohle ist die Verteilung zwischen langzeitstabilen und abbaubarem Kohlenstoffstrukturen unterschiedlich. Grundsätzlich gilt: Je höher die Prozesstemperatur, bei der die Kohle entsteht, umso höher ist der Anteil hochstabiler C-Verbindungen.
Pyrolyse: Bei Pflanzenkohle aus holziger Biomasse, die bei mehr als 550°C pyrolisiert wurde, liegt mindestens 75 % des Kohlenstoffs als persistenter aromatischer Kohlenstoff (Inertinite) vor, der mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit länger als 1000 Jahre im Boden oder in Materialien gespeichert bleibt.
Vergasung: Bei Pflanzenkohle aus Holzvergasungsanlagen, die bei >800°C arbeiten, erreicht der Anteil an langzeitstabiler Kohle bis zu 100 %. Dafür wird bei hohen Temperaturen mehr Kohlenstoff energetisch verwertet und als CO2 emittiert – weniger Kohlenstoff des Ausgangsmaterials verbleibt in der Kohle.
Wie hoch der Anteil langzeitstabiler Kohlenstoffverbindungen ist, lässt sich über zwei Messwerte bestimmen.
Die sognannte Random Reflectance, die in der Petrochemie angewendet wird, ist ein direkter Indikator für die Stabilität der Kohle. Ein Wert >2% zeigt an, dass der Kohlenstoff zu praktisch 100% aus stabilen Inertiniten besteht, die unter normalen Umweltbedingungen über mehr als 1000 Jahre nicht abgebaut werden.
Ein indirektes Mass, das sehr gut mit der Stabilität korreliert, ist das H:C-Verhältnis in der Kohle. Je geringer dieses ist, umso langzeitstabiler ist die Kohle. Bei einem Wert von <0,4 liegen mindestens 75 % des Kohlenstoffs in langzeitstabilen Verbindungen vor. Je kleiner der Wert, desto höher ist der Anteil langzeitstabiler C-Verbindungen.
Je nach Aschegehalt des Ausgangsmaterials und Prozess hat Pflanzenkohle unterschiedliche Kohlenstoffgehalte zwischen rund 75 % bis über 90 %. Die nachfolgenden Berechnungen gehen von einem Kohlenstoffgehalt von 85 % aus. Eine solche Kohle enthält 850 kg Kohlenstoff, was rund 3,1 Tonnen CO2 entspricht.
Konservativ gerechnet ist in Pflanzenkohle, die bei Temperaturen >550°C pyrolysiert wurde, mindestens 75 % des Kohlenstoffs für über 1000 Jahre stabil gespeichert.
Das heisst, mit einer Tonne Pyrolyse-Pflanzenkohle werden der Atmosphäre mindestens 2,3 Tonnen CO2 entzogen und als stabile C-Senke über mindestens 1000 Jahre gespeichert.
Weil Vergaser-Kohle bei deutlich höheren Temperaturen hergestellt wird, gelangt zwar weniger Kohlenstoff aus dem Ausgangsmaterial in die Kohle, dafür ist der Kohlenstof stabiler gebunden. Nahezu 100 % des Kohlenstoffs gilt deshalb in Vergaserkohle als langzeitstabil.
Mit einer Tonne Pflanzenkohle aus Holzvergasung werden der Atmosphäre etwa 3,1 Tonnen CO2 entzogen und als stabile C-Senke über mindestens 1000 Jahre eingelagert.
In einer Tonne getrockneter Holzbiomasse sind rund 400 kg Kohlenstoff gebunden. Dafür hat die Pflanze rund 1,5 Tonnen CO2 aus der Atmosphäre aufgenommen.
Wird Holz verkohlt, entstehen Gase und Öle, die zur Energiegewinnung eingesetzt werden. So wird ein Teil des Kohlenstoffs energetisch genutzt – je nach Prozess variiert dieser Anteil. Der restliche Kohlenstoff wird in der Pflanzenkohle gebunden.
Bei einer Pyrolyse mit Temperaturen zwischen 550°C und 650°C bleiben rund 50 % des Kohlenstoffs des Ausgangsmaterials in der Kohle gebunden, der Rest wird energetisch genutzt und gelangt wieder als CO2 in die Luft.
Bei einer Vergasung mit Temperaturen über 800°C bleibt nur 10–15 % der Kohlenstoffs in der Pflanzenkohle, dafür ist die Energieausbeute höher.
Pyrolyse-Kohle: Aus einer Tonne getrockneter Holzbiomasse entsteht durch Pyrolyse Pflanzenkohle mit rund 200 kg Kohlenstoff. Davon ist mindestens 75 % langzeitstabil, also mehr als 1000 Jahre gebunden.
Vergaser-Kohle: Aus einer Tonne getrockneter Holzbiomasse entsteht durch Vergasung Pflanzenkohle mit rund 60 kg Kohlenstoff. Nahezu 100 % dieses Kohlenstoffs ist langzeitstabil gebunden.
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