Char und Chars in der thermischen Zersetzung von Feststoffen

Char bezeichnet den überwiegend kohlenstoffreichen, weitgehend aromatisierten Feststoffrückstand, der bei unvollständiger thermischer Zersetzung organischer Materialien unter Sauerstoffmangel entsteht, z. B. bei Pyrolyse, Karbonisierung oder Vergasung. Im Unterschied zu Asche, die primär anorganische Oxide und Salze umfasst, enthält Char noch kondensierten organischen Kohlenstoff, häufig mit heteroatomaren Funktionalitäten (O, N, S).

Strukturell besteht Char aus turbostatisch angeordneten, graphitähnlichen Lagen mit variierendem Ordnungsgrad. Parameter wie H/C- und O/C-Atomverhältnis, spezifische Oberfläche, Porosität und elektrischer Widerstand sind entscheidend für seine Eigenschaften und Anwendungen. Die Ausbildung der Char-Mikrostruktur wird stark durch Heizrate, Endtemperatur, Verweilzeit und Atmosphäre (inert, reduzierend) gesteuert.

In der Werkstofftechnik ist Char in mehreren Kontexten relevant: (i) als Zwischenprodukt bei der Herstellung von Aktivkohlen und kohlenstoffbasierten Struktur- und Funktionswerkstoffen, (ii) als tragende Reststruktur bei der Brandbeanspruchung polymerer Verbundwerkstoffe, wo Char-Schichten als thermische und diffusionshemmende Barriere wirken, und (iii) in Kohle- und Biomasseprozessen als reaktiver Feststoff für Vergasungs- und Hochtemperaturreaktionen.

Der Plural chars wird genutzt, um material- oder prozessspezifisch erzeugte Char-Typen zu unterscheiden, z. B. Kunststoff-Chars versus Biomasse-Chars. Deren vergleichende Charakterisierung mittels Techniken wie BET-Adsorptionsmessung, Raman-Spektroskopie, Röntgendiffraktometrie und Elementaranalyse ist zentral für das Verständnis der Zusammenhänge zwischen Prozessführung, Mikrostruktur und makroskopischen Materialeigenschaften.

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