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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

Aufbereitung von schwermetallhaltigen Aschen aus Biomasseverbrennungsanlagen
Offenburg

Neue Verwertungswege für Asche aus Biomasseverbrennungsanlagen

Beim Verbrennen von Biomasse zur Wärmeerzeugung entsteht Asche, die teilweise mit Schwermetallen belastet ist. Besonders beim Einsatz von Altholz und nicht naturbelassenen Hölzern ist der Anteil an belasteten Aschen hoch. Bisher müssen Betreiber diese Asche in speziellen Deponien kostenpflichtig entsorgen. Nun erforschte das Projekt der Hochschule Offenburg, inwiefern sich die Asche aus Biomasseöfen als kostengünstige Ersatzstoffe in der Herstellung von Baumaterialien wie Polymerbeton oder Schaumglas eignet. Dieses Verfahren bietet zwei Vorteile: Die Aschen ersetzen Sand, der bisher in der Betonherstellung eingesetzt wird und bei dessen Förderung und Weiterverarbeitung CO2 freigesetzt wird. Außerdem sind die Schwermetalle aus den Aschen in den Baustoffen gebunden und so nicht mehr umweltgefährdend. Während gering belastete Asche schon in der Betonherstellung im Einsatz ist, erprobten die Wissenschaftler diesen Weg erstmals mit problematischen hochbelasteten Aschen. Im Projekt analysierten die Wissenschaftler in einem ersten Schritt die Konsistenz und Bestandteile verschiedener Aschen, insbesondere ihre Belastung mit Schwermetallen und das Gefahrenpotential für Mensch und Umwelt. Anschließend untersuchten sie, wie die Zugabe von Aschen die Materialeigenschaften von Polymerbeton, Geopolymer, Sinterleichtbaustoffen und Schaumglas beeinflusst. Für die zwei erfolgreichsten Verwertungswege aus diesen vier Varianten berechneten die Forscher anschließend Produktionskosten und Wirtschaftlichkeit im Vergleich mit konventionell hergestellten Produkten. Auch die langfristigen Umweltauswirkungen durch den Einbau der Aschen wurden untersucht. Zusammen mit Partnern aus der Wirtschaft werden nun zwei Verwertungswege im größerem Maßstab angedacht und Vermarktungsmöglichkeiten eroriert. Das Pilotprojekt zeigte damit neue Wege auf, um Biomasseasche dezentral zu verwerten. Mehr Informationen auf dem Flyer und der Webseite der AG Biomasse der HS Offenburg. Darstellung drei wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt: 1.Der Rohstoff Sand kann prinzipiell in Schaumglas, Leichtbeton, Sinterleichtbaustoffen und in Polymerbeton durch Aschen aus der Biomassefeuerung substituiert werden. Dabei werden die Baustoffanforderungen (Druckfestigkeit, Dichte, Aushärtezeit) erreicht. 2.Werden Aschen mit geringen Schwermetallgehalten als Zuschlagstoff bei der Herstellung von Recyclingbaustoffen verwendet, können die Produkte ohne Einschränkung eingesetzt werden. 3.Die Eignung der Asche als Zuschlagstoff für einzelne Verwertungswege hängt von der Feuerungsanlage, der eingesetzten Biomasse, der Art der Aschen und dem Schwermetallgehalt der Asche ab.