Biokohle in der Landwirtschaft

Wertstoffgewinnung durch Pyrolyse

Hans-Peter Schmidt

Delinat-Institut für Ökologie und Klimafarming, Switzerland

Seit Beginn der Eisenzeit vor 2500 Jahren ist Holzkohle hoch effizienter Bodenverbesserer fast überall in der Welt bekannt (Japan, China, Indonesien, Europa, Afrika, Südamerika….)

Anthrosol

(Terra Preta)

Ferralsol

2000 Jahre alte Böden im Amazonasgebiet in unmittelbarer Nähe

Terra Preta ist ein herausragenden Beispiel für lokales Stoffstrommanagement

Sie enthält Biokohle, Tonscherben, Fischgräten, organische Abfälle, menschliche und tierische Exkremente

Biokohle fungiert als Schwamm für Nährstoffe und Strukturgeber, hat

eine hohe Kationen- und Anionenaustauschkapazität,

es sorgt für Kohle-Humus-Mikroben-Komplexe

Die hochporöse Struktur der Biokohle ermöglicht hohe Nährsstoff und Wasserspeicherung. Spezifische Oberfläche von Biokohle: 300m2 pro Gramm

Pyro-LP Frühjahr 2010

REM-Aufnahme Fraktion „Holzstücke“ aus pyrogenem Landschaftspflegematerial (LP) (La Coulette, Lausanne)

REM-Aufnahme Fraktion „fein“ aus pyrogenem Landschaftspflegematerial (LP) (La Coulette, Lausanne)

Keim

Wurzel

Hauptwurzel

Mycorrhizen

Die Wurzeln eines Weinstockes können Partnerschaften mit bis zu 5

Billionen Mikroroorganismen eingehen.

Porengröße

Bambus Biokohle: 0,001 – 1000 µm

Holzkohle: 10 -3000 µm

Bakterien: 0,3 – 3 µm

Fungi: 2 – 80 µm

Protozoen: 7 – 30 µm

Nematoden: 3 – 30 µm

Wurzelhaare: 5 – 17 µm

Feinwuzeln: - 800 µm

Figure 6.2 Arbuscular mycorrhizaFungal hyphae growing into biocharPores from a germinating spore

Source: Ogawa (1994)

Mikrobielle Besiedlung von Biokohle

Quelle: BIOCHAR, Environmental Management

(Lehmann and Joseph) 2009

Aber wir müssen die Mikroben ernähren, wenn wir wollen, dass sie für uns arbeiten

Biokohle mit und ohne Kompost

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

Cp Np NCp ACp

bio

mas

s [g

po

t-1o

f co

ntr

ol]

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

Cp Np NCp ACpsh

oo

t b

iom

ass

[% o

f co

ntr

ol]

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

Cp Np NCp ACp

roo

t b

iom

ass

[% o

f co

ntr

ol]

Biomass SD Shoot/Root

g

Rp 1.19 0.21 3.56

Np 0.75 0.09 4.97

NCp 0.69 0.28 1.98

NCp 1.65 0.17 2.84

Acp 1.18 0.15 3.48

Gesamt Biomasse Spross Biomasse Wurzel Biomasse

Zur Aktivierung der Biokohle müssen die mikrobiellen “Transporteure” mit

organischem Kohlenstoff genährt werden

Laborversuch mit

Klee in

Weinbergboden,

2009

Biomass – Wasserverlust – Ratio

Das entscheidende Kriterium für die Wirksamkeit von Biokohle als Bodenverbesserer ist ihre

biologische Einbindung

Ertragszuwachs mit Biokohle

Biokohleversuche im Weinbau

Terre Vagabond 04/2008: 10 t/ ha BC + 40 m3/ha Kompost + Leguminosen

200

250

300

350

400

450

500

550

Kontrolle Leg LegKp LegKpKl

Le

af-

N **

*

**

*n

.

s

.

50

100

150

200

250

300

350

400

Kontrolle Legum Biokohle1 Biokohle2m

g/l

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2Ammonium

Amino-N

Amino-N/NH4+

Nährstoffversorgung im Blatt Proteine und Aromen in Trauben

Wasserverfügbarkeit Schadstoffbindung

Regenwurmvermeidungstests

Foto: Andreas Thomsen, Kenzingen

Claudia Kammann,

Institut für Pflanzenökologie, Universität Gießen, 2010

Pyrolysereaktor Pyreg 500

In der Pyrolysekammer werden die biologischen Stoffe unter

Sauerstoffabschluss auf 450 bis 600°C erhitzt. Dabei brechen die

langkettigen C-Verbindungen auf. Es entstehen Synthesegas und

Biokohle. Die Pyrolyse findet in einem kontinuierlichen Prozess statt.

In der Brennkammer werden die Synthesegase flammenlos (FLOX-

Verbrennung) bei 1200 C verbrannt. Die Abwärme wird wiederum zur

Erwärmung des Pyrolysereaktors genutzt. 130 KW stehen für externe

Abwärmenutzung zur Verfügung. Der Prozess ist energieautonom. Es

werden lediglich 5 KW für die Mess- und Regeltechnik benötigt. Selbst bei

Klärschlammpyrolse liegen die Emissionswerte unter den Grenzwerten für

Holzverbrennung.

Die Pyreg 500 produziert ca. 400 t Biokohle pro Jahr im kontinuierlichen

Verfahren.

Traubentrester pyrolysiert zu Traubenkohle (Biokohle)

1000 Tonnen Traubentrester könnten durch Pyrolyse

500 Tonnen CO2 dauerhaft speichern.

KlimabilanzNr. Bezeichnung Arbeitsschritt* CO2-Emission

In kg CO2 / t Grüngut (tr)

1. Bereitstellung, Ernte 2,4

2. Transport zur Grüngutannahmestelle 2,6

3. Aufbereitung durch Häcksler 9,4

4. Pyrolyse - thermischer Verbrauch 1281

5. Pyrolyse - elektrischer Verbrauch 31

6. Transport zum Landwirt 1,2

7. Ausbringen durch Landwirt 3

A Summe CO2-Aufwand 1.330

B CO2-Einlagerung Grüngut in der Wachstumsphase 1.830

C CO2-Sequestrierung pro Tonne Grüngut 500

Mit 1 t Grünschnitt lassen sich 500 kg CO2 sequestrieren

2. Stoffflüsse

Pyrolyse verunreinigter

Abfallstoffe, deren Biokohle

zunächst als Filter und so

dann in innerter Endlagerung

als Karbonsenke fungiert

oder zur Rezyklierung der

Schwermetalle verwendet

wird.

Pyrolyse vegetative Biomasse,

deren hochwertige Biokohle

als Bodenverbesserer

eingesetzt wird, wobei noch

eine Reihe wissenschaftlicher

Untersuchungen über deren

Bodenverhalten durchgeführt

werden muss.

Biokohle Pyrokohle

Verwendung von Biokohle

- Bodenverbesserer

- CO2-Speicherung

- Speichermedium für organische und mineralische Nährstoffe (Gülle)

- Brennstoff

- Reduktionsmittel Metallurgie

- Filterstoff für Abwasser und Luftreinigung

- Bodensanierung (Pestizidfixierung)

- Werkstoffproduktion

Richtlinien für den Einsatz von

Biokohle in der LandwirtschaftA. Eingesetzte Biomasse

1. Reine Organische Reststoffe ohne relevant toxische Belastungen durch Schwermetalle, Farbreste, Lösungsmittel etc. Saubere Trennung von nichtorganischen Abfällen wie Elektronikschrott, Plaste, Gummi etc.

2. Land- und forstwirtschaftliche Reststoffe wie Getreidespelz, Fruchtschalen, Fruchtkerne, Trester, Borke etc. (Positivliste)

3. Landwirtschaftliche Produkte aus dem Anbau von Energiepflanzen, die ohne Pestizide, Herbizide, Mineraldünger und genetisch modifiziertes Saatgut erzeugt sind und maximal 15% der landwirtschaftlichen Nutzfläche einer Region entsprechen.

4. Biokohle darf nur dann aus Forstholz gewonnen werden, wenn eine nachhaltige Bewirtschaftung des entsprechenden Waldes gewährleistet ist. Insbesondere die Abholzung von Regenwald, wie es derzeit zur Produktion von Holzkohle weitflächig der Fall ist, muss verhindert werden.

•B. Pyrolysetechnik

•1. Die Biomassepyrolyse muss in einem energieautonomen Prozess ablaufen. Die zum Betrieb der Anlage eingesetzte Energie (Strom für Antriebe, Lüftung und BMSR) darf maximal 3% des Heizwertes der im gleichen Zeitraum pyrolysierten Biomasse betragen.

[…]

•C. Eigenschaften der Biokohle

[…]

•D. Ausbringung der Biokohle

[…]

www.ithaka-journal.net

Ein bisschen Biokohle und alles wird gut !

Charta für Biodiversität

Biodiverstiät ist ein Maß für das Potential zur Bildung

funktionaler Partnerschaften.

Die Biomasse setzt sich zusammen aus:

50% Bakterien, 30% Protisten, 10% Pflanzen, Pilze und 10% Tiere

Rebberg-Begrünung durch Leguminosen gestattet eine autonome

Nährstoffversorgung (N,P,K … 300-500 kg N / ha), erhöht das

Wasserspeichervermögen, den Humusgehalt und die biologische

Aktivität.

Zusätzlich werden 4t CO2 pro Hektar im Boden gespeichert.

Luzerne: Gründünger und Liebling vieler Schmetterling

Neben der Gründüngung befinden sich über 150 Wildblumenarten im Rebberg

Die Domaine de Mythopia gehört bereits 5 Jahre nach Einführung der

Ökologisierungsmassnahmen zu den artenreichsten Landschaften des Wallis

Pflanzung von Hecken als

Zwischenlinie in den Reben. Je

nach lokalen Gegebenheiten

mindestens 2 x 20m geschlossene

Hecken pro Hektar. Hecken gelten

als biologische Hotspots und

eignen sich als Korridore zur

Vernetzung ökologischer Flächen.

Als natürliches Hindernis bremsen

sie die epidemische Ausbreitung

von Schadpilzen.

5

Kulturale Biodiversität

9. Anbau von mindestens einer Sekundärkultur in den Zwischenräumen der Hauptkultur. Hierbei kann es sich um Gemüse wie Tomaten oder Kürbisse, um Früchte wie Himbeeren oder Erdbeeren, um Wintergetreide wie Roggen und Gerste oder um Aromakräuter handeln, die in den Zwischenzeilen der Reben gepflanzt bzw. gesät werden. Fruchthecken wie Aronia, Sanddorn, Schlehen, die als Zwischenzeilen gepflanzt werden eignen sich ebenso wie Fruchtbaumalleen(Weinbergpfirsich, Pflaume, Mandel, Quitte usw). Zu den Sekundärkulturen gehören zudem Bienen, Schafe, Hühner, Fische und ähnliche Kleintierzucht. Die Flächen, die für die Sekundärkulturen bestimmt werden, müssen groß genug sein, um eine wirtschaftliche Verwertung zu gewährleisten.

9

Genetische Diversität

10. Anstatt alte Weinberge zu roden

und komplett neu zu bepflanzen,

werden überalterte Weinstöcke

jeweils einzeln ersetzt, wobei die

Jungpflanzen durch massale

Selektion aus dem Weinberg

selbst ausgewählt und auf

angepasste Wurzelunterlagen

direkt vor Ort gepfropft werden. Auf

diese Weise wird über mehrere

Generationen eine perfekt an das

Terroir angepasste Sortenwahl

vorgenommen. Die damit erzielte

genetische Vielfalt verringert den

Infektionsdruck durch Schädlinge,

die Weinqualität steigt und auch die

Widerstandsfähigkeit gegenüber

den herrschenden Bedingungen.

10

In den Weinbergen sind wieder mehr als 60 Schmetterlingsarten heimisch

www.delinat-institut.org

www.ithaka-journal.net