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Biokohle gegen Stickstoffverluste in der Gülledüngung

Gülle ist ein altbewährtes Düngemittel. Beim Austragen von Gülle wie auch von mineralischen Düngern lösen sich jedoch Stickstoffverbindungen. Ammoniak oder Nitrat sickern ins Grundwasser; Lachgas trägt zur Klimaerwärmung bei. Verschiedene Ansätze bekämpfen dieses Problem seit Jahren und haben schon wesentlich dazu beigetragen, die Gülledüngung effizienter und nachhaltiger zu machen. Der Einsatz von Pflanzenkohle aus Pyrolyseanlagen bietet einen weiteren innovativen Baustein, um Stickstoffemissionen zu vermindern. Pyrolyseöfen wandeln bei hoher Hitze Biomasse in Verbrennungsgas und Biokohle um. Zum Einsatz kommt vor allem Material, das anderweitig kaum verwertbar ist. Ein Innovationsfondsprojekt aus dem Jahr 2011 beispielsweise nutzt eine mobile Pyrolyseanlage, um Biomasse aus Rebstockrodung direkt am Weinberg zu verkohlen. Die so gewonnene Kohle reduziert das Volumen der eingesetzten Biomasse drastisch, lässt sich somit leicht transportieren und ist vielseitig einsetzbar. Besonders in der Landwirtschaft zeigt die Biokohle ihr Potential: In den Boden eingearbeitet, speichert sie Wasser und Nährstoffe und wirkt als Kohlenstoffsenke. Aus Praxisberichten ist bekannt, dass im Boden eingearbeitete Biokohle auch Stickstoffemissionen vermindert. Wie genau die Biokohle die Stickstoffverbindungen bindet und den Nitratstoffwechsel verändert ist noch wenig bekannt.

Am Mathislehof in Buchenbach erforschten Wissenschaftler vom Institut für Bodenkunde der Universität Freiburg und einer unabhängigen Agentur nun, inwiefern Biokohle Stickstoffemissionen reduziert. Dafür stellten die Forscher am Mathislehof, einem Mutterkuhbetrieb mit Weidewirtschaft, mehrere Versuchsbehälter auf. Die Fässer enthielten Gülle angereichert mit Biokohle in unterschiedlichen Konzentrationen. In regelmäßigen Abständen maßen die Forscher, welche Mengen an Stickstoffverbindungen, unter anderem Ammoniak und Lachgas, aus den Fässern entweichen. Im Frühjahr brachte der Mathieslehof diese verschiedenen Güllegemische mehrmals auf Versuchsflächen aus. Auf diesen Gebieten maßen die Forscher dann über ein Jahr hinweg die gasförmigen und flüssigen Stickstoffemissionen. Das einjährige Projekt maß außerdem, wie lange die Biokohle im Boden verbleibt, ob sie in Hanglagen stark auswäscht und wie sie sich auf das Ökosystem des Weidelandes auswirkt.

Das Projekt erforschte damit ein Verfahren, das mit minimalem Aufwand Gülledüngung effizienter und gleichzeitig klimafreundlicher macht. Biokohle verwertet klimaneutral landwirtschaftliche Reststoffe und macht die Nährstoffe der Gülle für Pflanzen besser verfügbar. Weil die Biokohle Ammoniak und andere Geruchsstoffe bindet, nimmt auch der typische Geruch ab und macht so die Gülleausbringung gesellschaftlich akzeptabler.

Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt

  • Aufgrund einer Befragung mit Blindgeruchsproben zeigte sich, dass acht Gramm Kohle pro Liter Gülle ausreichend sind, um eine Geruchsminderung um 40 Prozent zu erzeugen
  • Die Kohlen erwiesen sich in diversen Biotests gut verträglich für die Umwelt und Lebenswelt des Bodens. Für Regenwürmer wirkte Gülle sogar anziehender, wenn diese mit Kohle behandelt worden war
  • Keine messbaren Unterschiede in der Ausgasung von Ammoniak oder Lachgas. Auch nach Gülleausbringung auf Grünland war die N-Freisetzung gleich, ob gasförmig oder flüssig, hier einschließlich Nitrat und Ammonium. Sehr geringe Kohlemengen im ersten Anwendungsjahr könnten die Ursache fehlender Unterschiede sein. Für die beiden verwendeten Pflazenkohlen wurden Unterschiede in ihrer Wirkungsstärke festgestellt. Inwiefern diese jedoch bestimmt werden von Parametern der Herstellungsweise oder Biomassequelle ist aufgrund der vorliegenden Daten nicht ersichtlich

The main results were as follows

  • In olfactory tests, however, significant effects were visible in the presence of biochar. Due to blind tests and interviews only 8 g biochar per liter slurry were necessary to reduce the odor by 40 percent.
  • In various bioassays the biochars proved to be without consequences for the soil environment. For earthworms cattle manure seemed even more attractive if it was treated with bochar before.
  • Measurable differences in the emission of ammonia and nitrous oxide were undetectable. Similarly, no effect on the N-release (gaseous or liquid) emerged after slurry spreading on grassland, here including nitrate and ammonium. The lack of differences might be due to very small amounts of biochar in the first year of application (0,08 an 0,4 t/ha). The two biochars displayed different effects during several assays. But determining the criteria responsible for these differences (either parameters of manufacture or biomass source) is not apparent from the available data.

Projektdaten

Projektnummer 2013-05
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Dr. Carola Holweg
Laufzeit November 2013 bis April 2015
Zuschuss 28.410

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

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Maisstroh für die Biogasproduktion

Auf bis zu 50 Prozent der Felder am Oberrhein wächst Mais. Dabei handelt es sich überwiegend um Körnermais, also Mais, der vor allem zu Stärke für die Nahrungs- und Pharmaindustrie weiterverarbeitet wird. Anders als beim Silomais, wo die ganze Pflanze verwertet wird, bleibt hierbei das Maisstroh übrig, als ein großer Teil der Pflanze. Es verbleibt gewöhnlich auf dem Feld, wo es die Landwirte häckseln und in den Boden einarbeiten. Trotzdem zersetzt sich das grobe Stroh nur langsam. Gemeinsam mit Landwirten aus der Region erprobt die badenovaWärmeplus nun, inwiefern sich das Stroh als Substrat für Biogasanlagen eignet und ob es überhaupt wirtschaftlich eingesetzt werden kann. Das Projekt untersucht dafür, wie man die Maisstrohernte möglichst effizient in den bisherigen Ablauf integrieren kann. Das ist besonders wichtig in der Rheinebene, wo viele Landwirte relativ kleine Felder bewirtschaften und oft nicht über eigene Erntemaschinen verfügen. Auch die sehr unterschiedliche Bodenbeschaffenheit stellt große Ansprüche. Dafür erprobt das Projektteam verschiedene Erntetechniken und Abläufe, alle mit dem Ziel, Boden und Landwirte möglichst wenig durch zusätzliche Fahrten und Ernteeinsätze zu belasten, und das Maisstroh zu bergen, bevor es kompostiert. Für eine Reihe von Maissorten analysieren die Mitarbeiter außerdem, welcher Zerkleinerungsgrad und welche Form der Silierung die höchsten Gaserträge ergeben. Aus den Ergebnissen der Erntejahre 2014 bis 2016 erwarten die Mitarbeiter ein praxistaugliches Verfahren für das Jahr 2017. Ziel ist es, für die badenova-Biogasanlagen in Neuried und im Gewerbepark Breisgau aus den umliegenden Maisfeldern genug Stroh zu gewinnen, um 20 Prozent des Substratbedarfs zu decken. Für eine Biogasanlage im elsässischen Willgottheim könnte der Anteil sogar noch höher liegen. Das Projekt reiht sich ein in die langjährige Forschung von badenova und Partnern aus der Region zur Biogasproduktion aus landwirtschaftlichen Restprodukten wie Apfel- oder Traubentrester oder Tabakstängeln. Den aktuellen Projektstand können Sie dem beigefügten Zwischenbericht entnehmen.

Realisierung eines "virtuellen" PV-Kraftwerkprototyps im badenova Stromnetz für die Einsatzplanung von regenerativen Stromgeneratoren und dezentralen KWK-Anlagen
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Virtuelles Kraftwerk

Seit der Gesetzgeber 1998 den Strommarkt liberalisierte, hat sich dieser stark verändert Neben den großen kommerziellen Anbietern speisen, unterstützt von diversen Förderprogrammen und dem erneuerbare Energien-Gesetz, auch immer mehr gewerbliche und private Kleinanlagen ihren aus regenerativen Quellen erzeugten Strom ins Netz ein. Die zahlreichen dezentralen, unregelmäßig produzierenden BHKW, Wind- ,Wasserkraft- oder Solarstromanlagen machen es für die Netzbetreiber zunehmend schwierig, die jeweils verfügbare Strommenge optimal vorherzusagen und zu steuern. Die Folge sind beispielsweise unerwünschte Stromspitzen. Ein Forschungsvorhaben von badenova und dem Freiburger Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme vernetzte deshalb die dezentralen Anlagen im badenova-Netz zu einem ‚virtuellen Kraftwerk’, dass die einzelnen Standorte zu einem effizienterem, besser koordinierten System zusammenfasst. Erstmals erprobten die Wissenschaftler ihre erarbeiteten Konzepte und Algorithmen in einem größeren Verteilnetz, in dem alternative Energiequellen stark vertreten sind. Anhand von Lastverläufen und Wetterprognosen erarbeitete das Team einen Betriebsführungsassistenten für die Leitwarten der Verteilnetzbetreiber wie Badenova. Diese stehen als Schnittstelle zwischen dem Verbraucher und dem dezentral erzeugten Strom. Indem es den Leitwarten hilft, das System effektiver zu steuern, machen sie das Netz stabiler und erlauben es, flexibler auf den Strommarkt zu reagieren. Mehr Informationen im Abschlussbericht und auf der Homepage des Fraunhofer ISE .

Wassergestützte Latentwärmespeicher in Putz- und Dünnestrichsystemen
Freiburg

Innovativer Putz reguliert die Gebäudetemperatur

Während unsanierte Altbauten immer noch zuviel Energie für Heizen und Kühlen verbrauchen, versucht man Neubauten inzwischen thermisch träge zu errichten. Das heißt, dass solche Gebäude nur langsam auf die Umgebungstemperatur reagieren. Sie heizen sich im Sommer also nicht so schnell auf oder können im Winter gespeicherte Wärme über einen längeren Zeitraum abgeben. Dabei helfen neben einer guten Isolierung spezielle, innovative Wärmespeichermaterialien. Zusammen mit dem Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme (ISE) untersuchte die Maxit Deutschland GmbH, wie sich mikroverkapseltes Paraffin für diesen Zweck eignet. Die Paraffinkugeln gehören zu den sogenannten Phasenwechselmaterial, weil sie, umhüllt von einer Mikrokapsel, je nach Temperatur ihren Zustand von flüssig zu fest ändern. Wenn die Kugeln schmelzen, nehmen sie Wärme aus der Umgebung auf. Wenn es kälter wird und das Paraffin wieder erstarrt, gibt es die Wärme wieder frei und kann so Temperaturschwankungen abschwächen. Die Projektbeteiligten testeten, in welchem Verhältnis man die Paraffinkugeln Estrich zumischen kann. Um herauszufinden, wann Fließfähigkeit und Materialeigenschaft am besten sind, erprobten Maxit und ISE verschiedene Estriche unter unterschiedlichen Bedingungen. Obwohl das Konzept funktioniert, erwiesen sich die Materialkosten letztendlich als noch zu hoch, so dass Maxit vorerst kein System mit mikroverkapseltem Paraffin auf den Markt bringt.