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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

Einblicke in weitere Förderprojekte:

"CO2-Land - Regionale Klimakooperation zur Speicherung von CO2 in landwirtschaftlichen Böden "
Staufen

Speicherung von CO2 im Boden

Maßnahmen zu CO2 Einsparung und Vermeidung werden an allen Bereichen vorangetrieben. Ein Instrument das dazu beitragen soll, ist der internationale Handel mit CO2 Zertifikaten, der sich aufgrund politischer Rahmenbedingungen jedoch als wenig wirksam zeigt und durch einen Verfall der Preise für gehandelte Zertifikate gekennzeichnet ist. Auch in der Landwirtschaft ist der Ausstoß von CO2 ein aktuelles und vielseitig diskutiertes Thema. Ursachen hierfür sind die intensive, humuszehrende Bewirtschaftung landwirtschaftlich genutzter Böden, einseitig mineralische Düngung und der Energie‐ und Ressourceneinsatz bei der Bewirtschaftung. Nachhaltige und regenerative Landwirtschaft die sowohl boden- als auch klimaschonend betrieben wird ist für viele Landwirte zu kostenintensiv und kann durch den reinen Erlös aus den Produkten nur schwer kostendeckend betrieben werden. Genau hier gibt es jedoch einen Ansatzpunkt der viel Potential bietet, stellen doch die Böden weltweit betrachtet das größte Kohlenstoff‐Reservoir auf der Welt dar und sind damit eine hervorragende CO2-Senke. Dieses Gut zu heben soll in Verbindung mit der Etablierung eines Zertifikathandels für Humusaufbau einen wirksamen Beitrag gegen den Klimawandel umgesetzt werden. Dabei können Firmen und Bürger mit dem Erwerb von CO2-Zertifikaten die Landwirte beim Humusaufbau motivieren und unterstützen und damit gemeinsam Klimaschutz voranzutreiben. Dafür soll für den Humusaufbau ein regional angepasster Maßnahmenkatalog entwickelt und ein freiwilliger regionaler CO2 Zertifikathandel etabliert werden. Mehr über die Speicherung von CO2 im Boden erfahren Sie auf der Webseite von CO2-Land. ++ Das Projekt CO2-Land sucht noch Landwirte, die sich und ihre Ackerflächen mit einbringen und Dauerkulturen wie beispielsweise eine Durchwachsene Silphie anplanzen. Pro Hektar stellt das Projekt 200 Euro als finanzielle Unterstützung bereit. ++ Bei Interesse nehmen Sie doch direkt Kontakt mit den Projektleitern auf: CO2-Land Projekt Schwegler Consulting Schöneck 1 79219 Staufen michael.schwegler@posteo.de k.mueller-saemann@cult-tec.de

Solare Fernwärmeversorgung Freiburg Gutleutmatten
Freiburg

Solare Fernwärmeversorgung im Neubaugebiet Freiburg Gutleutmatten

Energieeffiziente Neubauten verbrauchen im Sommer kaum Heizenergie; der größte Posten für die Wärmeversorgung ist dann das Warmwasser. Das Freiburger Neubaugebiet Gutleutmatten kombiniert deshalb den Anschluss ans Fernwärmenetz mit solarthermischen Anlagen auf allen Gebäuden mit ihren etwa 500 Wohneinheiten. Diese Kombination bietet etliche Vorteile, wird aber bisher selten zusammen eingesetzt. Das Projekt der badenova WärmePlus zeigt jetzt Wege auf, Fernwärme und Solarthermie effizient miteinander zu verknüpfen. Je weniger Wärme die Wohneinheiten aus dem Fernwärmenetz beziehen, desto höher ist der relative Wärmeverlust im Netz. Deshalb schaltet das innovative System, gesteuert von einer zentralen Anlage, je nach Bedarf, das Wärmenetz ab und auf Wärme aus den etwa 40 Solaranlagen mit 2000 Quadratmetern Kollektorfläche um. Um den Wechsel zwischen beiden Systemen störungsfrei und energieeffizient durchzuführen ist eine besondere Regelstation nötig. Diese stellt sicher, dass Restwärme optimal genutzt wird und gleicht Druck- und Temperaturunterschiede aus, indem sie beispielsweise die Rohrleitungen nach einer Passivphase langsam wieder anwärmt. Auch die konsequente Ausstattung aller Gebäude mit Solaranlagen stellt die Planer vor eine Herausforderung. Hohe und schmale Gebäude beispielsweise haben nur wenig Dachfläche im Verhältnis zu ihrem Wärmebedarf. Mehrere Optionen ermöglichen es, auch diese Gebäude im Sommer allein mit Solarwärme zu versorgen: Hochwertigere Kollektoren bieten einen höheren Solarertrag, zusätzliche Wärme könnte über das vorhandene Netz von anderen Gebäuden bereitgestellt werden oder ein Durchlauferhitzer den restlichen Wärmebedarf decken. Das Projekt prüft, welche dieser Alternativen technisch, wirtschaftlich und ökologisch am sinnvollsten sind. Außerdem testen die Planer unterschiedliche zentrale und dezentrale Anlagen, um das Warmwasser möglichst effizient konstant auf die erforderlichen 60°C aufzuheizen. Gegenüber einer Fernwärmeversorgung ohne Solaranlagen spart das Projekt pro Jahr etwa 800 MWh an Energie oder 42 Tonnen CO2 ein. Mit Führungen und Informationsveranstaltungen stellen badenova Wärmeplus und der Forschungspartner Fraunhofer ISE die Anlage und Forschungsergebnisse vor. Das Projekt zeigt damit Wege auf, bestehende Fernwärmenetze mit Solarthermie zu kombinieren und so dem Ziel einer klimaneutralen Wärmeversorgung näher zu kommen.

"SupA-B" Effiziente Wasserspeicherung und Stickstoff-Düngung durch den Einsatz von Absorber zur Reduzierung der Nitratauswaschung ins Grundwasser
Ehrenkirchen

Effizientere Düngung mit Superabsorbern

Der Klimawandel stellt auch die heimische Landwirtschaft vor Herausforderungen. Einerseits gibt es immer mehr und heftigere Starkregen, wobei vermehrt Nitratdünger ins Grundwasser ausgewaschen wird. Gleichzeitig werden die Sommer trockener und heißer, so dass die Landwirte die Felder immer häufiger beregnen müssen und dabei auf Grundwasserreserven zurückgreifen. Die Landwirte die keine Möglichkeit zur Bewässerung haben kämpfen mit Ernteeinbusen sogar bis zum Total-Ausfall. In einem Pilotprojekt erprobt die Firma EK-Management in Zusammenarbeit mit Landwirten, dem Landratsamt Breisgau-Hochschwarzwald und der LTZ Karlsruhe den Bodenhilfsstoff Stockosorb (GeleeVital) . Dabei handelt es sich um einen sogenannten Superabsorber, der bis zum 300-fachen seines Eigengewichts an Wasser – und damit auch die darin gelösten Nährstoffe – speichern kann. So wird bei Regen weniger Nitrat ins Grundwasser ausgewaschen und das Wasser steht Pflanzen in Trockenzeiten zur Verfügung. In anderen Ländern werden diese Superabsorber bereits erfolgreich eingesetzt, in Deutschland bisher nur selten. Am Oberrhein sind sie noch unerprobt, aber wegen der wasserdurchlässigen Kies- und Sandböden besonders relevant. Die Projektpartner beobachten auf verschiedenen Böden und mit verschiedenen Feldfrüchten wie sich Stockosorb über mehrere Jahre auf Ertrag, Nitratauswaschung und Wasserspeicherfähigkeit auswirkt. Das Projekt vergleicht die Wirkung und Wirtschaftlichkeit von Stockosorb mit der Feldwirtschaft ohne Absorbern und mit anderen Absorbern wie z. B. Biokohle, die schon in mehreren Innovationsfondsprojekten untersucht wurde. Außerdem beobachten die Projektpartner, wie schnell und durch welche Mikroorganismen Stockosorb im Boden abgebaut wird, und wie lange die Wirkung vorhält. Damit trägt das Projekt zu einer nachhaltigeren und wasserschonenderen Landwirtschaft am Oberrhein bei. ++ Einladung zur Abschlussveranstaltung am 23. April 2020 ab 19 Uhr auf dem Bohrerhof statt, Bachstraße 6, 79258 Hartheim am Rhein ++