Was ist Aktivkohle?

Egal ob beim Einsatz in Atemschutzmasken, Kernkraftwerken, Zigarettenfiltern, Kosmetika, Lebensmitteln, Medikamenten, Wasserfiltern, Abgasreinigern oder Aquarien: Aktivkohle ist als Adsorbtionsmittel vielseitig einsetzbar und als nachhaltig hergestellter Kohlenstoff ein Werkstoff mit großem Potenzial für die Zukunft. In diesem Ratgeber sprechen wir daher über den “Tausendsassa Aktivkohle” und klären alle wichtigen Fragen von von A bis Z.

Gewinnung von Aktivkohle [Herstellung]

Kohle entsteht bekanntlich, wenn kohlenstoffhaltige Materialien – z.B. Holz, Nussschalen Kerne – unter dem Ausschluss von Sauerstoff verbrannt werden. Durch das Verbrennen organischer Stoffe läuft die Herstellung von Kohle deutlich schneller ab, als wenn z. B. Steinkohle auf natürliche Weise in einem Prozess über mehrere Millionen Jahren¹ entsteht.

So wird auch Grillkohle² unter Luftabschluss und ohne Sauerstoffzufuhr durch Verbrennung – man nennt das Verkohlung – hergestellt. Kohle sowie auch Aktivkohle kann dadurch aus verschiedenen pflanzlichen, tierischen, mineralischen oder künstlichen Stoffen entstehen. 

(Aktiv-) Kohle aus Holz, Pflanzen, Blut, Knochen, Zucker...

Der Verbrennungsvorgang beim Verkohlen wird auch als „Pyrolyse“³ bezeichnet. Egal ob man dabei Holz, Torf, Fruchtkerne oder Nussschalen (ohne Sauerstoffzufuhr) “verbrennt”: Übrig bleibt der Kohlenstoff in Form von Pflanzenkohle, der nun – anders als beim Lagerfeuer – eben nicht zu Asche wird (oder als Gas entweicht). Man spricht übrigens von Pflanzenkohle, wenn bei der Herstellung als Rohstoff folgende Materialien verkohlt werden:

• Holz
• Torf
• Kokosnuss-Fasern / -Schalen
• oder andere Nussschalen / -kerne.

Bei der Verkohlung von tierischem Blut oder Knochen spricht man von Blutkohle bzw. Knochenkohle. Als Zuckerkohle bezeichnet man (Aktiv) Kohle, die aus Zucker (z. B. Glukose oder Melasse) gewonnen wird. Doch wie wird aus der Kohle nun genau Aktivkohle? 

Aktivierung von Aktivkohle

Auf den Prozess der Verkohlung folgt bei der Herstellung die “Aktivierung”. Erst durch diesen namensgebenden Schritt entsteht Aktivkohle. Für die Aktivierung sind zwei Verfahren anwendbar:

Aktivkohle hat besonders kleine Poren

Das Besondere an Aktivkohle sind die ultrafeinen Poren, die labyrinthisch untereinander verbunden sind und daher eine gewaltig große Oberflächenstruktur bilden. Bereits bei einem Spielwürfel von 1cm³ (aus Aktivkohle) wäre die innere Oberfläche 10.000-mal so groß als die äußere – und das aufgrund der vielen feinen Poren. Deshalb kann Aktivkohle auch Schmutz oder Schadstoffe so gut binden bzw. adsorbieren. 

Was bedeutet Adsorption?

 Im Gegensatz zur Absorbtion, dem “Aufsaugen” von Stoffen, das im Allgemeinen das “In-sich-Aufnehmen von etwas” bezeichnet, meint Adsorbtion das Binden von fremden Stoffen an einen Ausgangsstoff.

Wenn fremde (Gift-) Stoffe an der Oberfläche von Aktivkohle haften bleiben und sich auf deren Oberfläche anreichern, spricht man von Adsorbtion.

Wenn Licht oder Schall von fremden Körper aufgenommen, umgangsprachlich: geschluckt werden, spricht man von Absorbtion.

Beide Begriffe stammen aus dem Lateinischen: „adsorbere“ = „(an-)saugen“ “absorbere” = “(auf-)saugen”.

Bei den Porengrößen unterscheidet man zwischen:

• Mikroporen (<1 Nanometer), 
• Mesoporen (1-25 Nanometer) 
• Makroporen (>25 Nanometer)
  

Die Menge und Verteilung der Porengrößen entscheiden letztendlich über die Adsorptions- Eigenschaften der Aktivkohle, also darüber, wie gut sie diese oder jene Stoffe binden kann. Denn unterschiedlich große Poren, nehmen verschieden große Schmutzpartikel auf. Und je nach Einsatzgebiet mag eine andere Verteilung von Vorteil sein.

Einsatzgebiete von Aktivkohle

In erster Linie findet Aktivkohle also Verwendung als Adsorptionsmittel – z. B. um unerwünschte Geruchs- oder Geschmacksstoffe zu entfernen, giftige Gase zu filtern oder Farbstoffe zu entfernen. Als potentes Reinigungs- und Filtermedium hat Aktivkohle u. a. einen großen Wert für die Medizin, Chemie, Wasseraufbereitung, Lüftungstechnik, Landwirtschaft und – neuerdings auch für – die Kosmetik- und Lebensmittelindustrie.

Aktivkohle als Luftfilter

Aus der Automobilindustrie sind Luftfilter aus Aktivkohle kaum mehr wegzudenken. Spätestens seit den 90er-Jahren wird Aktivkohle erfolgreich in Klimaanlagen eingesetzt. So sorgt Aktivkohle also nicht nur im Automobil für die Entfernung von störenden Stoffen wie Staub, Gasen, Gerüche oder andere Schwebstoffe aus der Luft.

Auch die Passagiere im Flugzeug oder im Zug werden durch Aktivkohle in den Klimaanlagen vor Gerüchen und Schadstoffen geschützt. Die Herstellung dieser Kabinenluftfilter, die eine Schicht Aktivkohle haben, verbraucht weltweit mehr als 5000 Tonnen Aktivkohle im Jahr.

Aktivkohle in Kernkraftwerken

Einen ähnlichen Zweck verfolgt der Einsatz von Aktivkohlefiltern in Kernkraftwerken. Die Aktivkohle bindet dort kurzlebige radioaktive Edelgase für einen gewissen Zeitraum. Durch diesen als “temporäre Adsorption” bezeichneten Prozess wird die Menge der radioaktiven Edelgase in der Abluft erheblich reduziert.

Aktivkohle in der Landwirtschaft?

Ob der Einsatz von Pflanzenkohle⁴ landwirtschaftliche Erträge steigern und zum Klimaschutz beitragen kann, wird vielfach erforscht. 2013 gab es sogar einen Feldversuch im Zuge dessen untersucht wurde, inwiefern der Einsatz von mit Aktivkohle versetzter Schwefel-Dünger die Erträge bei der Ernte steigern kann.

Das Resultat? Wurde eine gewisse Konzentration der Zugaben nicht überschritten, wirkte sich die Zugabe von Aktivkohle im Dünger positiv hinsichtlich des Trockenmasseertrags⁵ der Pflanzen aus.

Aktivkohle in der Medizin

Den meisten Lesern dürfte die medizinische Anwendung von Aktivkohle bei Beschwerden im Magen-Darm-Trakt bekannt sein. Die gebräuchlichste Form sind die rezeptfreien Aktivkohletabletten, die man in jeder Apotheke erhält. Zu den häufigsten medizinischen Anwendungsgebieten von Aktivkohletabletten gehören:

• Völlegefühl
• Blähungen
• Durchfall
  
• Erbrechen

Aktivkohle bei Vergiftungen

Weniger bekannt dürfte sein, dass Aktivkohle in der Medizin bei Vergiftungen eingesetzt wird. Tatsächlich wird Aktivkohle von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) in der Liste der unentbehrlichen Arzneimittel⁶ geführt. Zum Teil sind in Deutschland Rettungsdienste sogar dazu verpflichtet, Aktivkohle mit sich zu führen.

Die Oberfläche von Aktivkohle wirkt auch im Magen-Darm-Trakt als ein Art Schwamm. Deshalb kann sie bei Vergiftungen etwaige pflanzliche oder chemische Giftstoffe (Noxe) binden (adsorbieren), die Abgabe an die Darmschleimhaut verhindern und sie aus dem Körper befördern – so z. B. eine Überdosis an Medikamenten.

Aktivkohle in der Lebensmittelindustrie

Der Einsatz von Aktivkohle in der Lebensmittelindustrie ist mit Vorsicht zu genießen. Nicht etwa weil Aktivkohle gesundheitsschädigend wäre, sondern weil viele falsche Versprechen kursieren, die wissenschaftlich kaum haltbar sind. Als Farbstoff E153⁸ wurde Aktivkohle von der europäischen Union für die Lebensmittelbranche längst zugelassen.

Schwarze Lebensmittel mit Aktivkohle – z. B. Burgerbrötchen, Fruchtsäfte, Gelees, Smoothies, Marmeladen, Süßwaren oder Käse – mögen vielleicht exotisch aussehen, aber gesundheitsfördernd sind sie wohl kaum. Im Gegenteil sollte man bedenken, dass Aktivkohle ja nicht nur Gift-, sondern auch wertvolle Stoffe wie Mineralien oder Vitamine binden kann.

Und da laut NDR⁹ bereits ein “einzelner Smoothie etwa die Arzneimitteldosis von drei bis vier Aktivkohletabletten enthält”, kann man dem Einsatz von Aktivkohle in Lebensmittel durchaus skeptisch begegnen. Umso mehr da sich viele Marketing-Versprechen, dass der Konsum von Aktivkohle gesundheitsfördernd sei, sich wissenschaftlich nicht nachweisen lassen.

Aktivkohle in der Kosmetik

Ähnlich wie die positive Wirkung von Aktivkohle auf Lebensmittel lassen sich auch viele Versprechen der Kosmetikindustrie wissenschaftlich nicht beweisen. So reinigt Zahnpasta mit Aktivkohle die Zähne keinesfalls besser als herkömmliche Produkte. Ganz im Gegenteil: Es ist viel wahrscheinlicher, dass die Kohlepartikel einen negativen Scheuereffekt¹⁰ haben.

Die Verwendung von Aktivkohle in anderen Kosmetika z. B. Cremes, Gesichtsmasken oder Duschgels ist eher unproblematisch, aber auch hier fehlen Studien, die z. B. die Wirksamkeit für eine reinere Haut belegen. Das verwundert aber auch nicht weiter – aus zwei Gründen:

• Bei fast allen kosmetischen Effekten handelt es sich um Marketing.
• Wirklich gut wirkt Aktivkohle nur, wenn etwas hindurchfließt – z. B. Wasser!

Aktivkohle als Filtermedium für Wasser

Die feine Oberflächenstruktur der Aktivkohle lässt sich natürlich auch beim Filtern von Wasser einsetzen und das mit vielen positiven Effekten. In der Industrie wird in großem Maßstab verunreinigtes Wasser wiederaufbereitet bzw. gereinigt. So enthält z. B. das Abwasser in Textilfärbereien Farbstoffe, die häufig nur durch Adsorption mit Aktivkohle entfernt werden können.

Auch Kläranlagen in deutschen Kommunen bzw. Großstädten machen sich die Eigenschaften der Aktivkohle zunutze. Kommunale Abwässer können dabei vielfältige Verunreinigungen enthalten, die in verschiedene Schadstoffgruppen unterteilt werden, unter Anderem in:

• gelöste und ungelöste Stoffe,
• leicht oder schwer abbaubare organische Stoffe, 
• Pflanzennährstoffe,
• Schwermetalle,
• Chlor,
• Salze, 
• u.v.m.

Aktivkohle eignet sich zwar besonders bei Verunreinigungen von organischen Verbindungen, bei einigen Stoffen ist sie jedoch nur begrenzt wirksam oder wirkungslos.

Was Aktivkohle aus Wasser filtern kann – und was nicht

Aktivkohlefilter für das Trinkwasser zu Hause?

Genauso gut wie für Industrie und Klärwerk eignet sich Aktivkohle zur Aufbereitung von Trinkwasser und zur Verbesserung der Wasserqualität im Eigenheim. Dabei gibt es aber große Qualitätsunterschiede, die mit der Herstellungsweise zusammenhängen. Bei Wasserfiltern für den privaten Gebrauch zu Hause lassen sich zwei Formen von Aktivkohle unterscheiden:

• geschüttete Aktivkohle als Granulat (Tischkannenfilter)
• extrudierte Aktivkohle (mit Bindemittel) 
• (gesinterte) Aktivkohle-Blockfilter

Aktivkohlefilter – verschiedene Arten im Überblick

Geschüttete Aktivkohle

• Herkömmliche Tischkannenfilter funktionieren auf Basis lose geschütteter Aktivkohle. 
• Ist die Aktivkohle nur lose geschüttet, sorgt der Filter zwar für einen besseren Geschmack und Geruch des Wassers, versagt aber weitestgehend bei der Filterung von Schadstoffen. 
• Ein Tischkannenfilter ist zwar gut gegen Kalk, aber das dafür beigemischte Ionenaustauscherharz ist recht schnell gesättigt. 
• Außerdem ist ein Tischkannenfilter nicht dazu in der Lage, Rückstände von Mikroplastik, Medikamenten oder Hormonen zuverlässig zu filtern. 
• Und weil ein Tischwasserfilter mehr in Kontakt mit Sonnenlicht kommt, besteht eine größere Gefahr einer Verkeimung
• Eine Verkeimung findet insbesondere dann statt, wenn das Filtermedium nicht rechtzeitig gewechselt wird.

Extrudierte Aktivkohle

• Ein Aktivkohleblock kann auch aus extrudierter Aktivkohle bestehen.
• Bei dieser Variante wird (viel) Bindemittel verwendet, um die Kohle zu “aktivieren”.
• Extrudierte Aktivkohle bietet aber nicht so eine hohe Porosität wie gesinterte Aktivkohle.

(Gesinterte) Aktivkohle-Blöcke

• Hochwertige Aktivkohleblockfilter können die in obiger Tabelle genannten Schadstoffe aus dem Wasser entfernen.
• Besonders hochwertige Aktivkohle-Blockfilter können auch mit gesinterter Aktivkohle hergestellt werden. 
• Durch den Prozess der Sinterung wird die „Leistung“ der Aktivkohle optimiert, indem die Aufnahmekapazität der Aktivkohle maximiert wird. 
• Gesinterte Aktivkohle hat also eine besonders hohe adsorptive (also „an-saugenden“) Wirkung und damit eine starke Filterleistung

Neugierig geworden?

Hier erfahren Sie alles über Aktivkohlefilter für Wasser.

Wie ökologisch und nachhaltig ist Aktivkohle?

Weltweit werden jährlich über 1 Million Tonnen Aktivkohle produziert. Maximal ein Fünftel davon wird aus erneuerbaren Ressourcen gewonnen. Zu diesen zählen u. A.:

• Holz
• Sägemehl (aus bestimmten Holzarten)
• Kokosnuss-Fasern (und - Schalen)
• Maiskolben
• Lignin
• Bambus
• Obstkerne (z.B. Aprikose)
• Nussschalen
• Samen
• Sägemehl
• u.v.m.

Die Produktion von Aktivkohle verschlingt jedenfalls Ressourcen und ist auch energetisch aufwendig. Deshalb sollte bei nachhaltiger Aktivkohle die Wahl des Ausgangsrohstoffs sorgfältig bedacht werden sowie ein ressourcenschonendes Verfahren zur Herstellung gewählt werden.

Noch eine gute Nachricht zum Schluss: Gesättigte Aktivkohle, die ihre Filterleistungen eingebüßt hat, kann mittels hoher Temperaturen reaktiviert und damit recycelt werden. So gibt es in der Aktivkohle-Branche im Grunde keinen Abfall, da jedes Gramm Kohle erneuert werden kann. Gerade mit Blick auf die vielfältigen Einsatzgebiete hat der “Tausendsassa Aktivkohle” damit großes Potenzial – jetzt und in Zukunft.

Häufige Fragen kurz erklärt

Für was ist Aktivkohle gut?

Aktivkohle wird zwar auch "medizinische Kohle" genannt, doch macht ihr Einsatz in der Medizin (z.B. bei Magen-Darm-Erkrankungen) noch nicht die ganze Geschichte aus. Als reinigendes Filtermedium findet Aktivkohle z. B. auch in Klimaanlagen, in Industrieanlagen, in Kernkraftwerken und selbst beim Militär rege Anwendung.

Wie funktioniert Aktivkohle?

Das Besondere an Aktivkohle sind die ultrafeinen Poren, die labyrinthisch untereinander verbunden sind und daher eine große Oberfläche bilden. Dort ist genug Platz und es bleiben etwaige Schad- oder Giftstoffe haften. So wird Aktivkohle gerade aufgrund seiner enormen Bindeeigenschaften (Adsorptionsfähigkeiten) zum geschätzten Werkstoff.

Was ist gesinterte Aktivkohle?

Gesinterte Aktivkohle ist eine spezielle Form von Aktivkohle. Durch die Sinterung wird die „Leistung“ der Aktivkohle optimiert, indem die Aufnahmekapazität, also die Porenanzahl, maximiert wird.

Ist Aktivkohle schädlich?

Abgesehen von der Aktivkohle in Zahnpasta, die u.U. den Abrieb von Zahnstein beschleunigt, ist Aktivkohle ungefährlich. Experten warnen allerdings bei Lebensmitteln: Die Kohle bindet im Körper nicht nur Schad- und Giftstoffe, sondern auch Vitamine und Mineralstoffe. Diese sollten vom Körper durch Nahrung besser aufgenommen werden. 

Ist Aktivkohle brennbar?

Aktivkohle besteht überwiegend aus Kohlenstoff (meist > 90 %) mit hochporöser Struktur und ist brennbar¹².

Was macht ein Aktivkohlefilter?

Als potentes Reinigungs- und Filtermedium hat Aktivkohle einen großen Wert für die Medizin, Chemie, Wasseraufbereitung, Lüftungstechnik, Landwirtschaft und neuerdings auch für die Kosmetik- und Lebensmittelindustrie. Allerdings ist ihr Wert bei den letzten beiden Anwendungsgebieten wissenschaftlich stark umstritten.

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