Graforces synthetischer Kohlenstoff

Unser hochreiner Kohlenstoff (99 %) wird derzeit in einer Vielzahl von Branchen als nachhaltiger Ersatz für fossile Kohlenstoffmaterialien validiert und eingesetzt. Mit ausgezeichneter Reinheit, thermischer Stabilität, elektrischer Leitfähigkeit und einem geringen CO₂-Fußabdruck bietet Graforce-Kohlenstoff sowohl technische Leistungsfähigkeit als auch Dekarbonisierungspotenzial. Er ist zu einem wettbewerbsfähigen Preis von 500 € pro Tonne erhältlich und stellt somit eine kosteneffiziente Alternative für industrielle Anwendungen im großen Maßstab dar.

Weit entfernt davon, ein Nebenproduktproblem darzustellen, ist dieser Kohlenstoff ein hochwertiges Material, das eine dauerhafte Kohlenstoffspeicherung in verschiedensten industriellen Anwendungen ermöglicht – vollständig im Einklang mit dem EU-Rahmenwerk zur Zertifizierung von Kohlenstoffentnahmen (CRCF). Unser Fokus liegt auf Anwendungen, bei denen der Kohlenstoff physisch und irreversibel für mindestens 35 Jahre gebunden wird, was der höchsten Dauerhaftigkeitskategorie für zertifizierte Kohlenstoffentnahmen im CRCF entspricht. Unser modulares Systemdesign und das zugehörige Material-Handling (z. B. Kohlenstoffsilos und Transportlösungen) ermöglichen eine vollständige Dokumentation der Lieferkette sowie eine optionale Verifizierung durch Dritte – und schaffen damit einen glaubwürdigen, investitionsfähigen Entsorgungspfad.

Industrielle Anwendungen des Kohlenstoffs von Graforce

Baustoffe
Graforce-Kohlenstoff dient als funktionaler Zusatzstoff in Beton, Asphalt und zementbasierten Produkten. Im Beton können bis zu 20 % des Klinkers ersetzt werden, ohne dass die strukturelle Festigkeit leidet – was die CO₂-Emissionen erheblich senkt. Kohlenstoffangereicherter Beton kann zudem elektrisch leitfähig gemacht werden und eignet sich so für beheizbare Außenflächen wie Gehwege, Rampen, Parkplätze und Brücken. Im Asphalt verbessert der Kohlenstoff die Haltbarkeit und thermische Funktionalität. Einmal in der Betonmatrix eingebunden, bleibt der Kohlenstoff über 50 Jahre hinweg eingeschlossen und qualifiziert sich als dauerhafte Speicherung im Sinne der CRCF-Kategorie „Kohlenstoff in langlebigen Produkten gespeichert“.

Stahl- & Metallindustrie
Unser Kohlenstoff wird in Stahlgießereien als Recarburizer eingesetzt und als Reduktionsmittel in der Primärmetallurgie erprobt – eine sauberere Alternative zu Petrolkoks. Aufgrund seines hohen Gehalts an fixiertem Kohlenstoff und extrem niedrigen Ascheanteils eignet er sich für Prozesse wie Lichtbogenöfen und Pfannenmetallurgie.

Feuerfestmaterialien und Technische Keramiken
Dank seiner thermischen Beständigkeit und strukturellen Stabilität eignet sich der Graforce-Kohlenstoff für Hochtemperaturanwendungen in feuerfesten Materialien, Ofenauskleidungen und technischen Keramiken. Seine geringe Flüchtigkeit und stabile Morphologie unter extremen Bedingungen machen ihn zu einer effektiven Komponente für langlebige, hitzebeständige Verbundwerkstoffe.

Spezialchemie und Batteriematerialien
Aufgrund seiner hohen BET-Oberfläche, nanostrukturierten Morphologie und Leitfähigkeit wird unser Kohlenstoff für Anwendungen in der Energiespeicherung getestet – etwa als leitfähiger Zusatz in Batterieelektroden oder Superkondensatoren – sowie in chemischen Prozessen, die chemisch stabile, oberflächenaktive Kohlenstoffe erfordern.

Farben- und Pigmentindustrie
Im Chloridverfahren zur Herstellung von Titandioxid (TiO₂) wird unser Kohlenstoff als nachhaltiger Ersatz für kalzinierten Petrolkoks getestet. Seine mechanische Festigkeit und Partikelgrößenverteilung eignen sich für Chlorierungsreaktoren, mit geringem Feinanteil und reduzierter Staubbildung. Er ermöglicht eine deutliche CO₂-Fußabdruckreduktion in der Pigmentproduktion.

Düngemittel und Bodenaufwertung
Wir entwickeln einen kohlenstoffangereicherten Dünger, der Nährstoffversorgung mit langfristiger CO₂-Speicherung im Boden kombiniert. Die poröse Struktur des Kohlenstoffs verbessert die Wasserspeicherung und mikrobiologische Aktivität und unterstützt so eine regenerative Landwirtschaft.

Abwasserreinigung
Labortests haben gezeigt, dass Graforce-Kohlenstoff pharmazeutische Rückstände – wie Acetylsalicylsäure oder Povidon-Iod – effizient aus Wasser adsorbiert. Die Entfernung erfolgt innerhalb von Sekunden bei einfachem Kontakt, ohne dass hohe Temperaturen, Druck oder lange Reaktionszeiten erforderlich sind. Aufgrund seiner großen inneren Oberfläche, strukturellen Stabilität und chemischen Reinheit ist unser Kohlenstoff eine vielversprechende Alternative zu herkömmlicher Aktivkohle in der tertiären Abwasserbehandlung. Diese Eigenschaften machen ihn besonders attraktiv für kommunale und industrielle Anwendungen zur Entfernung von Spurenstoffen auf kosten- und energieeffiziente Weise.

Farben- und Pigmentindustrie

♻️ CO₂-Reduktionspotential:

• Bis zu 80 % –90 % geringere CO₂-Emissionen im Vergleich zu fossilbasiertem kalziniertem Petrolkoks
• Die Reduktion hängt von der Kohlenstoffintensität der Erdgasquelle und dem Strommix ab (idealerweise erneuerbar)
• Langfristige Kohlenstoffspeicherung in langlebigen Produkten (z. B. Baustoffen) 

Mit einem prognostizierten weltweiten Marktvolumen von über 43 Milliarden US-Dollar bis 2030 für kalzinierten Petrolkoks zielt der synthetische Kohlenstoff von Graforce auf zentrale Schwerindustrien mit hohem Dekarbonisierungspotenzial ab.

Anwendungsbereich 

Unser Kohlenstoffprodukt richtet sich an emissionsintensive Anwendungen in den Bereichen Stahl, Pigmente, Bauwesen und Chemie – und ermöglicht eine weitreichende Dekarbonisierung im industriellen Maßstab (Multi-Industry Market Potential for Solid Carbon).

Anwendungsbereich: Baustoffe

Potenzielle Nutzung: Synthetischer Kohlenstoff kann als funktioneller Zusatzstoff in zementbasierten Baustoffen wie Beton, Mörtel und Asphalt eingesetzt werden. Besonders vielversprechend ist der teilweise Ersatz von Klinker – der energie- und CO₂-intensivsten Komponente von Beton – durch CO₂-neutralen Kohlenstoff. Pilotanwendungen haben gezeigt, dass bis zu 20 % des Zementanteils ersetzt werden können, ohne dass Festigkeit oder Haltbarkeit beeinträchtigt werden.

Zusätzliche Vorteile:

• CO₂-Reduktion: Durch den Ersatz von 20 % Portlandzement durch festen Kohlenstoff aus der Methanplasmalyse lassen sich pro Tonne Zement etwa 178 kg CO₂-Emissionen vermeiden (ausgehend von 0,89 t CO₂ pro Tonne Zement), während gleichzeitig 734 kg CO₂ dauerhaft in der gebauten Umwelt gespeichert werden. Dies ergibt einen gesamten Klimanutzen von ca. 0,91 t CO₂ pro Tonne Zement in solchen Betonmischungen.

• Thermische und elektrische Speicherfähigkeit: Ruß ist leitfähig und kann als Komponente zur Energiespeicherung in Gebäuden genutzt werden, z.B. für Power-to-Heat-Systeme oder als thermischer Speicher.

• Langfristige Kohlenstoffspeicherung: Der Kohlenstoff bleibt über Jahrzehnte im Material gebunden und dient als dauerhafte Kohlenstoffsenke (z. B. bei Verwendung von Biomethan).

Zielmärkte: Betonhersteller, Fertigteilwerke, Infrastrukturprojekte, Zementindustrie

Anwendungsbereich: Düngemittel & Bodenaufwertung

Potenzielle Nutzung: Synthetischer Kohlenstoff aus der Methanpyrolyse kann je nach Qualität als Bodenverbesserer eingesetzt werden, ähnlich wie Biochar. So würden beispielsweise 1 Million Tonnen Kohlenstoff, verwendet als Bodenverbesserer (10 t/ha verteilt auf 100.000 ha), 3,67 Millionen Tonnen CO₂ für 100 bis 1.000 Jahre im Boden binden und gleichzeitig die Emissionen aus Düngemitteln um etwa 0,88 Millionen Tonnen reduzieren.

Vorteile:

• Wasserspeicherung:
  Poröse Kohlenstofftypen können die Wasserspeicherkapazität des Bodens verbessern, insbesondere in trockenen Regionen.
• Bodenfruchtbarkeit:
  Kohlenstoff im Boden unterstützt das mikrobielle Leben, speichert Nährstoffe und verbessert die Bodenstruktur.
• Langfristige CO₂-Speicherung:
  Stabiler Kohlenstoff im Boden kann über Jahrhunderte erhalten bleiben (vergleichbar mit Terra Preta).
• Neue Marktsegmente:
  Regenerative Landwirtschaft, Carbon Farming, Anbieter von bodenbasierten CO₂-Zertifikaten.

Anwendungsbereich: Abwasserreinigung

Laboruntersuchungen haben gezeigt, dass unser Kohlenstoff pharmazeutische Rückstände wie Aspirin (Acetylsalicylsäure) und Vitamin C aus Wasser entfernt – ohne Erwärmung, chemische Zusätze oder lange Kontaktzeiten. Selbst sanftes Schütteln reicht aus, um die Konzentration deutlich zu reduzieren. Auch Povidon-Iod, ein häufig verwendetes Antiseptikum, wurde zuverlässig herausgefiltert.

Im Gegensatz zu herkömmlichem Aktivkohle wird dieser Kohlenstoff unter extrem energieintensiven Bedingungen bei etwa 1500 °C in einem Wasserstoffplasma hergestellt. Während dieses Prozesses wird Methan (CH₄) in seine Bestandteile – Wasserstoff und festen Kohlenstoff – gespalten. Die hochreaktive Wasserstoffumgebung aktiviert den Kohlenstoff gleichzeitig direkt im Reaktor. Das Ergebnis ist ein ultrafeines, poröses und chemisch hochaktives Kohlenstoffmaterial mit guter Adsorptionsleistung für die industrielle und kommunale Abwasserbehandlung – regenerierbar, skalierbar und nachhaltig produziert.

Anwendungsbereich: Beton und Leitfähigkeit

Wir produzieren leitfähigen Beton, der bis zu 15 % Ruß enthält, der aus unserer Methode gewonnen wird. Dieser fortschrittliche Beton bietet elektrische Leitfähigkeit, schnellere Aushärtungszeiten und unterstützt langfristiges Kohlenstofffangen, -speicherung und -nutzung (CCSU).

Links abgebildet ist unser innovativer Betonblock neben einem Standard-Mauerstein auf der rechten Seite.

Der Kohlenstoff im Beton ermöglicht neue Heizformen für Böden, Wände, Brücken und Parkplätze, reduziert den Energieverbrauch und fördert die Nachhaltigkeit.

Die Integration einer Festkörpermembran verleiht dem Baustein die Fähigkeit, elektrische Energie zu speichern und bei Bedarf abzugeben. Wir sind gespannt, welche Kapazitätsgrenzen wir mit dieser Technologie erreichen können.

Die Innovation hinter dem Verfahren: Neben Wasserstoff entsteht dabei auch fester Kohlenstoff mit einzigartigen Eigenschaften, die vielfältige Anwendungen ermöglichen, wie zum Beispiel:

• Leitfähiger Beton für fortschrittliche Bauprojekte
• Energiespeicherlösungen, einschließlich großer thermischer Speicher und Hyperkondensatoren aus Zement und Kohlenstoff

Intelligente Additive für Graphitelektroden mit hoher Dichte

Unser synthetischer Kohlenstoff bietet ein innovatives und nachhaltiges Ersatzmaterial für die Herstellung von Graphitelektroden. In aktuellen Versuchen wurde das feine Pulver in typischen Formulierungen eingesetzt – mit 2 % und 5 % Zugabe zum herkömmlichen Nadelkoks-Grundstoff, ergänzt durch 2 % Bindemittel. Die Ergebnisse zeigen, dass bereits kleine Mengen unseres Materials die Materialstruktur im Herstellungsprozess gezielt verbessern können. Nach dem Backen – also vor der Hochtemperaturgraphitisierung – weisen die mit Graforce-Kohlenstoff gemischten Proben eine deutlich höhere scheinbare Dichte auf. Dieser Effekt ist besonders bei 5 % Zusatz deutlich und erreicht eine Dichte von etwa 1,74 g/cm³.

Dies liegt über dem Standard ohne Zusatzstoffe und zeigt eine verbesserte Packungsdichte sowie eine geringere Porosität in der „grünen“ Phase. Dieses Verdichtungsverhalten deutet auf eine effizientere Formfüllung und potenziell stabilere Zwischenprodukte hin. Nach der abschließenden Graphitisierung sind die Dichten aller Proben ähnlich (~1,76 g/cm³). Die Unterschiede liegen innerhalb des Standardabweichungsbereichs – ein wichtiges Ergebnis: Die Endqualität der Graphitelektrode bleibt durch die Zugabe unseres Kohlenstoffs vollständig erhalten und entspricht dem Niveau herkömmlicher Formulierungen. Die Verarbeitbarkeit bleibt voll erhalten, während sich im Vorstufenbereich ein klares Optimierungspotenzial zeigt. Diese Untersuchungen belegen, dass unser plasmaaktivierter Kohlenstoff sich ideal als Zusatz oder Teilersatz für fossil basierten Nadelkoks eignet. Er lässt sich nahtlos in bestehende Fertigungsprozesse integrieren, bietet physikalische Vorteile bei der Verdichtung und trägt gleichzeitig zur Dekarbonisierung der Elektrodenproduktion bei.

Dank seines CO₂-armen Produktionsprozesses und seiner außergewöhnlichen Reinheit eröffnet unser synthetischer Kohlenstoff neue Perspektiven für Hochleistungsanwendungen in der Aluminium-, Batterie- und Spezialgraphitindustrie.

Anoden für die Primäraluminiumproduktion

Im Hall-Héroult-Verfahren zur Aluminiumschmelze werden verbrauchbare Anoden aus Petroleumkoks eingesetzt. Diese Anwendung erfordert dichte, leitfähige und hochreine Kohlenstoffstrukturen. Unser synthetischer Kohlenstoff bietet ein großes Substitutionspotenzial, indem er fossilen Koks teilweise ersetzt und dabei den CO₂-Fußabdruck des Prozesses deutlich reduziert.

Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien

Durch gezielte Nachbehandlung kann unser Kohlenstoff für Batterieanwendungen angepasst werden – entweder als Zusatzstoff oder als Basismaterial für Anoden. Seine hohe spezifische Oberfläche, Reinheit und chemische Stabilität machen ihn zu einem vielversprechenden Rohstoff für die nächste Zellgeneration, insbesondere für nachhaltige Energiespeichersysteme.

Hochreiner Spezialgraphit

Isostatische und feinkörnige Spezialgraphite werden breit in der Halbleiter-, Solar- und Hochleistungsmaterialindustrie eingesetzt. Diese Produkte erfordern außergewöhnliche Reinheit, strukturelle Homogenität und thermische Beständigkeit. Graforce-Kohlenstoff erfüllt diese Anforderungen und kann als verlässlicher Baustein für hochwertige synthetische Graphitmaterialien dienen.

Aufkommende Kathodenanwendungen

Für neuartige Batteriekonzepte wie Dual-Ionen- oder Natrium-Ionen-Systeme wird leitfähiger Kohlenstoff zunehmend als Kathodenzusatz oder Strukturmatrix eingesetzt. Unser Kohlenstoff bietet eine saubere, leistungsfähige Alternative für diese aufkommenden Anwendungen.

Graphite Formation bei der Methanplasmalyse

Der während der Methanplasmalyse abgeschiedene Kohlenstoff besteht aus hochreinem, strukturell geordnetem Graphit mit geringer Defektkonzentration. Die Ergebnisse unterstreichen:

• Großes Potenzial für die In-situ-Synthese von technischem Graphit.
• Anwendbarkeit in fortschrittlichen Elektrodenmaterialien, Wärmespeichern oder chemisch robusten Kohlenstoffkomponenten.
• Nutzung als wertvoller Nebenproduktstoff für Hochleistungsanwendungen über konventionelle Kohlenstoffpulver hinaus.

Während der Methanplasmalyse wurde graphitischer Kohlenstoff erfolgreich auf einer speziell integrierten Reaktionsoberfläche abgeschieden. Die Kombination aus makroskopischen Beobachtungen, REM-Bildgebung, Raman-Spektroskopie und Röntgendiffraktometrie (XRD) bestätigt die Bildung eines hochgeordneten, graphitischen Materials mit ausgeprägten strukturellen und kristallinen Eigenschaften.

Mikrostruktur und Oberflächeneigenschaften

REM-Aufnahmen des mit Plasmalyse hergestellten Kohlenstoffs zeigten eine kompakte Kohlenstoffablagerung aus zahlreichen kristallinen Domänen. Die erkennbaren Strukturgrößen lagen im Bereich von unter einem Mikrometer bis zu mehreren zehn Mikrometern und blieben unter etwa 0,1 mm.

Das abgeschiedene Material bildete weitgehend kontinuierliche Schichten mit hoher Oberflächenbedeckung und nur geringer sichtbarer Rissbildung. Lokal waren zelluläre und hexagonale Oberflächenstrukturen erkennbar. Diese Morphologie war mit einem Kohlenstoffwachstum vereinbar, das von mehreren Keimbildungszentren ausging und zur Ausbildung geschichteter graphitischer Bereiche führte.

Graphitische Struktur – Raman-Analyse

Raman-Messungen des mit Plasmalyse hergestellten Kohlenstoffs zeigten eine überwiegend sp²-gebundene Kohlenstoffstruktur. Das Spektrum wurde von einem ausgeprägten G-Signal im Bereich von etwa 1,58 × 10³ cm⁻¹ dominiert, das charakteristisch für graphitische Kohlenstoffstrukturen war.

Das defektbezogene D-Signal bei ungefähr 1,35 × 10³ cm⁻¹ war im Vergleich zum G-Signal deutlich schwächer ausgeprägt. Dies deutete auf einen vergleichsweise geringen Grad struktureller Unordnung hin.

Darüber hinaus wurde ein 2D-Signal bei etwa 2,7 × 10³ cm⁻¹ beobachtet. Lage und Ausprägung dieses Signals waren mit mehrlagigen beziehungsweise turbostratischen graphitischen Strukturen vereinbar.

Das gemessene Intensitätsverhältnis von D′ zu G lag unter etwa 0,3 und deutete damit auf eine relativ geringe Defektdichte hin. Veränderungen des Verhältnisses zwischen G- und 2D-Signal bei zunehmender Prozessdauer beziehungsweise Temperatur wiesen zudem auf eine zunehmende graphitische Ordnung hin.

Kristallographische Eigenschaften – Röntgendiffraktometrie

Die Röntgendiffraktometrie des mit Plasmalyse hergestellten Kohlenstoffs zeigte ein dominantes Beugungssignal im 2θ-Bereich von etwa 26–27°, das den (002)-Gitterebenen von Graphit zugeordnet werden konnte.

Weitere Reflexe waren mit einer hexagonalen graphitischen Struktur vereinbar. Das gesamte Beugungsmuster zeigte Ähnlichkeiten mit Referenzmaterialien wie Graphit und mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren.

Die vergleichsweise schmalen Beugungsreflexe deuteten auf größere kohärente kristalline Bereiche und eine geringe Verzerrung des graphitischen Kristallgitters hin.

Makroskopisches Erscheinungsbild

Der mit Plasmalyse hergestellte Kohlenstoff bildete zusammenhängende und geschichtete Ablagerungen mit einem metallischen bis graphitähnlichen Erscheinungsbild.

Auf den Graphit-Abscheideflächen war ein deutliches Wachstum der Kohlenstoffschichten erkennbar. Nach der Entnahme bildete das Material flache, mechanisch zusammenhängende Platten beziehungsweise scheibenförmige Proben, die ihre Form während der Handhabung und Lagerung weitgehend beibehielten.

Das makroskopische Erscheinungsbild war damit mit den Ergebnissen der mikroskopischen, spektroskopischen und kristallographischen Untersuchungen vereinbar und bestätigte die Ausbildung eines dichten und vergleichsweise geordneten graphitischen Kohlenstoffmaterials.

Skalierung der Kohlenstoffmärkte für Türkisen Wasserstoff – Wie Graforce das „Kohlenstoff-Flaschenhals“-Problem löst

Wann würde tatsächlich ein Engpass bei der Kohlenstoffmenge eintreten?

Selbst in einem starken Wachstumsszenario müsste die Methanpyrolyse mindestens 30–50 % des globalen Wasserstoffmarktes abdecken, bevor die aktuellen Kohlenstoffmärkte (ca. 150 Millionen Tonnen pro Jahr – Ruß und Petcoke) ihre Kapazitätsgrenze erreichen. Das würde einer jährlichen Menge von 50–150 Millionen Tonnen Festkohlenstoff entsprechen, was vor 2040 unwahrscheinlich ist. Dies gibt der Pyrolyse ausreichend Zeit, neue Anwendungen zu skalieren, die deutlich größere Mengen aufnehmen können – etwas, das wir bereits aktiv vorantreiben.

Die untenstehende Tabelle listet die Industriesektoren auf, mit denen wir bereits zusammenarbeiten – jeder einzelne in der Lage, Kohlenstoffmengen im Gigatonnen-Bereich aufzunehmen – und zeigt deren ungefähres jährliches Aufnahmepotenzial.

New gigatonne-scale markets we are already opening