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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:

seismische Datenoptimierung
Neuried

Neubewertung seismischer Daten

Das Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau beim RP Freiburg (LGRB) und die Gemeinde Neuried erstellten gemeinsam eine Projektstudie Tiefe Geothermie (Hydrogeothermie) über die Optimierung geophysikalischer Untersuchungen am Beispiel Neuried durchzuführen. Hierbei wurden bereits vorliegende Daten aus Untersuchungen der 70-er und 80-er Jahren neu ausgewertet und mittels neuer Messungen deren Eignung für die Planung oder als Ersatz für neue Untersuchungen getestet. Das LGRB erstellte eine Übersicht der im Archiv vorhandenen älteren seismischen Messungen und erarbeitete eine Empfehlung für Kommunen im badenova-Marktgebiet, wie diese das Thema seismischer Untergrunderkundung sinnvoll angehen können und welche Unterstützung des LGRB hierbei anbieten kann. Alte geographische Untersuchungsdaten und Analysen, die für Geothermieprojekte relevant sein könnten, gibt es vielerorts. Inwieweit sie sich aber dafür eignen, aktuelle Projekte zu planen ist unsicher. Um das herauszufinden verglich die Gemeinde Neuried zusammen mit dem Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau beim Regierungspräsidium Freiburg (LGRB) verglich alte Daten aus den 70er und 80er Jahren mit neuen Untersuchungen. Anschließend erarbeiteten sie einen Leitfaden, der es zusammen mit einer Übersicht anderen Kommunen erlaubt, ähnliche Daten in ihre Geothermieprojekte mit einzubeziehen. Das Projekt kann Gemeinden die ohnehin schon kostenintensiven Analysen etwas erleichtern. In Neuried half es dabei, Informationen zu sammeln für das geplante Geothermiekraftwerk auf dem Erlaubnisfeld Neuried-Ichenheim, dass auf heißes Wasser in mehreren Tausend Metern Tiefe angewiesen ist.

Mobile Wärmespeicher zur Effizienzsteigerung bei Biogasanlagen
Offenburg

Logistikkonzept für mobile Wärmespeicher in Biogasanlagen

Im Versorgungsgebiet der badenova gibt es etwa 160 Biogasanlagen. Weil Fernwärmeleitungen relativ teuer sind, nutzen nur etwa 30 von ihnen die während der Gärung entstehende Wärme vollständig. Jährlich etwa fünf MW Wärme bleiben so bisher ungenutzt. Würde diese Wärme genutzt, würden allein in Südbaden etwa 20.000 t CO2 eingespart. Am Beispiel der Biogasanlage Neuried entwickelte die Hochschule Offenburg deshalb ein Konzept für mobile Wärmespeicher, die die Wärme flexibel und ohne Fernleitungen direkt zum Abnehmer bringen. Mobile Wärmespeicher sind handelsübliche Container, die ein Speichermedium, beispielsweise Natriumacetat – auch bekannt als Pökelsalz - , enthalten. Ein wasserbasierter Wärmetauscher übergibt die Wärme aus der Biogasanlage in wenigen Stunden an den Speicher, den der Kunde oder ein Transportunternehmen anschließend auf einem Anhänger zum Verbrauchsort transportiert und dort anschließt. Wärmeproduktion und Verbrauch sind so zeitlich und räumlich entkoppelt. Der im Projekt untersuchte La-Therm-Latentwärmespeicher beispielsweise speichert 2,5 MWh, was genug ist, um ein Einfamilienhaus für ein Vierteljahr mit Warmwasser und Heizwärme zu versorgen. Pro Tag verliert der Speicher Tag weniger als ein Prozent an Wärme. Für solche Wärmespeicher fehlt bisher ein umfassendes Logistikkonzept, das die gesamte Wertschöpfungskette von der Biogasanlage zur Beladestation über den Transport der Speicher zum Verbraucher berücksichtigt. Die Wissenschaftler analysierten deshalb zuerst bestehende Übergabestationen, Speichersysteme und Technik und berechneten anschließend die Wirtschaftlichkeit. Die Speicher sind an die Neurieder Ladestation angeschlossen und bringen so die Wärme zu den Nutzern. Einem Landwirt, der damit im Herbst seine Tabakblätter trocknet, ein Schwimmbad und Wohnhäuser im Winter und im Frühjahr Gewächshäuser. Zusammenfassend kann aus den Projektergebnissen festgestellt werden, dass die Entnahmetemperatur sowohl beim Warmwasserspeicher als auch beim PCM-Speicher durch die Bauart und das verwendete Speichermaterial festgelegt sind. Nur im Falle des Zeolithspeicher kann die Entnahmetemperatur beliebig eingestellt werden. Ein weiterer Vorteil des Zeolithspeichers liegt in der pro Volumeneinheit speicherbaren Energiemenge. Diese liegt beim Zeolithspeicher ca. 220 kWh/m3. Im Gegensatz dazu kann in einem PCMSpeicher ca. 100 kWh/m3 und im Warmwasserspeicher ca. 60 kWh/m3 gespeichert werden. Die Lade- als auch die Entladezeiten sprechen auch für den Zeolithspeicher, da sie kürzer sind als bei den beiden anderen Speichersystemen. Eine vergleichende Kostenabschätzung ist z.Z. noch nicht möglich, da im Falle des Zeolithwärmespeichers noch offende Felder existieren. Zeigen sich jedoch im Anschluss an das Projekt machbare Potentiale, ist das Konzept nicht nur für Biogasanlagen in attraktiv, sondern auch für andere Wärmeproduzenten wie beispielsweise Müllverbrennungs- oder Industrieanlagen. KWK-Gutschriften oder CO2 Zertifikate können die noch hohen Investitionskosten zumindest teilweise refinanzieren.