Zurück zur Übersicht

Pflanzenkohle im Weinbau

In der Landwirtschaft werden häufig stickstoffhaltige Dünger eingesetzt. Außerdem wird durch Bodenbearbeitungsmaßnahmen die Freisetzung von Stickstoff aus dem Boden, insbesondere aus dem Humus, gefördert. Je nach Bodenbeschaffenheit und Wetter wird dabei Nitrat in tiefere Bodenschichten und damit ins Grundwasser verlagert. Auch wenn Landwirte heutzutage wesentlich sparsamer und verantwortungsvoller mit Dünger umgehen, bleiben erhöhte Nitratwerte im Grundwasser ein Problem für die Wasserversorger. Badenova unterstützte schon mehrere Projekte, um die Nitratbelastung des Grundwassers zu reduzieren.

In diesem Projekt wurde untersucht, ob sich Pflanzenkohle dazu eignet, Nitrat im Boden zu binden, so dass es verstärkt in den oberen Bodenschichten verbleibt und dennoch gut für die Pflanze verfügbar ist. Das Projektteam des Büros für Nachhaltigkeits-Projekte und des Staatlichen Weinbauinstituts Freiburg nutzt hierfür Pflanzenkohle-Kompost, der für den Öko-Anbau geeignet ist. Der Spezialkompost stammte aus einer vorherigen Kooperation zwischen Dr. C. Holweg und dem ROM-Kompostwerk. Für die Verkohlung selbst wurde das BiGchar-Verfahren aus Australien verwendet, das sich bereits in einem vorherigen Innovationsfondsprojekt bewährte. Als Material zur Herstellung der Kohle diente ausschließlich Landschaftspflegeholz und Gehölz aus Naturschutz- oder Rebflächen.

Pflanzenkohle entsteht, wenn Biomasse – d.h. Holz oder andere pflanzliche Ausgangsstoffe – verkohlt wird. Das Herstellungsprinzip auf Grundlage von Hitzezufuhr und Sauerstoffentzug entspricht ganz dem von Holzkohle. In den vergangenen Jahren wurden die nützlichen aber auch die begrenzenden Eigenschaften verschiedener Pflanzenkohlen untersucht. Die gute Wasser- und Nährstoffbindekapazität der Pflanzenkohle führen zu Vorteilen für den Boden. Auch das Argument der Kohlenstoffsenke wird häufig genannt, da Pflanzenkohle durch ihre sehr lange Haltbarkeit CO2 lange gebunden hält.

Wie genau sich Pflanzenkohle auf den Nitrathaushalt des Bodens und der Pflanzen in Rebenjunganlagen auswirkt, war zu Projektbeginn noch unbekannt. Das Projekt erforschte dies exemplarisch für den Weinbau, einer für Südbaden typischen landwirtschaftlichen Kultur. Auf Flächen der Wein- und Sektgüter Norbert Helde in Sasbach-Jechtingen, sowie Andreas Dilger in Freiburg St. Georgen und Heinrich Gretzmeier in Merdingen erprobte das Projektteam über drei Jahre hinweg verschiedene Versuchsanordnungen, maß regelmäßig die Nitratgehalte in verschiedenen Bodentiefen und verfolgte die Effekte auf Pflanzenwachstum und Bodenqualität. Besonders interessant war es herauszufinden, ob es mögliche Synergieeffekte zwischen Pflanzenkohle und Kompost gibt, wenn beide gemeinsam ausgebracht werden, denn die Pflanzenkohle speichert sowohl die im Kompost enthaltenen als auch die im Boden frei werdenden Nährstoffe und macht sie für die Wurzeln der Rebe verfügbar. Gleichzeitig ist so weniger Pflanzenkohle nötig. Ab April 2017 kam eine Fläche in Heitersheim (Julian Zotz) hinzu, auf der pure Pflanzenkohle zum Vergleich diente.

Im Weinbau ist das Risiko, dass Nitrat ins Grundwasser ausgewaschen wird, in den Jahren und Jahrzehnten der Ertragsanlage bei der heutzutage üblichen Bewirtschaftung zwar gering, aber vor allem nach der Rodung alter Anlagen und im Pflanzjahr deutlich erhöht. Durch das Einbringen eines Pflanzenkohle-Substrates kurz vor oder während der Pflanzung von Reben kann eventuell der mögliche Nitrataustrag in das Grundwasser reduziert oder unterbunden werden. Um die Kosten für die Winzer gering zu halten, wurden die Substrate nur entlang der Rebzeilen, Gassen oder direkt ins Pflanzloch eingebracht. Als nitratbindender Stoff, der bei richtiger Anwendung der pflanzlichen Aufnahme nicht entgegensteht, bietet Pflanzenkohle einen Weg für einen nachhaltigeren Wein- und sonstigen Pflanzenbau, effizienteren Einsatz von Düngemitteln und reineres Grundwasser. Fachveranstaltungen und Begehungen auf den Versuchsflächen informierten über Fortschritte und Ergebnisse. Die drei wesentlichen Erkenntnisse aus dem Projekt sind:

  • Im 1. Jahr der Rebenneuanlage bewirkte Pflanzenkohle eine N-Retention über die Wintermonate (im Kaiserstuhl, Jechtingen, bei einem Hektaraufwand von 7,2 t). Das Auswaschungspotenzial von Nitrat in das Grundwasser ist damit geringer. Die Wirkung dauerte in den Folgejahren an.
  • Im 2. Standjahr wurden höhere Gehalte an N-Verbindungen im Most gemessen, die für die alkoholische Gärung und die Weinqualität wichtig sind. Dass hierfür schon eine Pflanzenkohlemenge von 7,2 t/ha ausreicht, die nur bei Rebzeilen nötig ist, bedeutet ökonomische Vorteile.
  • Bei hoher Pflanzenkohledosis waren die Bodenwassergehalte deutlich erhöht. Gemahlen nimmt Pflanzenkohle mehr Wasser auf als ungemahlen. Die Vorbehandlung mit Grünschnitt-Kompost und eine tiefe Einarbeitung in den Boden (z.B. per Spatenmaschine) verbessert die Effektivität der Pflanzenkohleanwendung.

Wie Rebstockkohle direkt im Feld durch einfachste Methoden zu Pflanzenkohle umgesetzt und dem Boden rückgeführt werden kann, zeigt ein erster Praxistest vom Februar 2019 bei Freiburg. Die Idee ist, den Aufwand über eine CO2-Kompensation zu tragen. Den Artikel dazu aus der DER WINZER 06/2019 finden Sie unter Downloads.

Projektdaten

Projektnummer 2016-01
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Nachhaltigkeits-Projekte, Dr. Carola Holweg
Laufzeit April 2016 bis Juni 2019
Zuschuss 79.901

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:

Studie zum Einsatz neuer Einsatzstoffe durch eine Hydrolyse-Vorstufe
Neuried

Mehr Biogas für Neuried

Viele Biomassematerialien eignen sich momentan noch kaum für Biogasanlagen. Dazu zählen besonders Rest- und Abfallstoffe, die in der Landwirtschaft oder der Nahrungsmittelproduktion anfallen sowie Grünschnitte aus der Landschaftspflege. Im Hybridkraftwerk Neuried testete eine der beiden parallel laufenden Anlagen, ob zum Beispiel eine Hydrolysestufe – d. h. die Aufspaltung durch Reaktion mit Wasser – die Stoffe ertragreicher macht. Bisher lief in beiden Anlagen eine konventionelle Trockenfermentation ab, welche die anfallende Flüssigkeit dem Gärgut immer wieder zuführt und durch die darin enthaltenen Bakterien den Gärprozess aufrechterhält. Innovativ war die Studie weil sie verschiedene Methoden in einer noch unerprobten Kombination testete. Dabei wird die Biomasse verkleinert, anschließend versetzt der Mischer diese mit bakterienhaltiger Gärflüssigkeit und startet damit den Gärprozess. Ein so genannter Inlinezerkleinerer homogenisierte die Masse danach noch einmal, um sie pumpfähig zu machen. Dabei anfallendes Biogas saugt die Anlage ab. Die Stoffe liegen nun in zerkleinerter Form vor und bieteten den Bakterien eine größere Angriffsfläche, was deren Arbeit vereinfacht. Weil nur einer der beiden Neurieder Anlagen mit dem neuen Verfahren arbeitete, konnten die Forscher dessen Ergebnisse direkt mit der konventionellen Fermentation vergleichen. Erweist sich das Verfahren als erfolgreich und wirtschaftlich, bietet es sich für viele der 4000 Biogasanlagen in Deutschland an, die dadurch mehr umweltfreundliches Biogas produzieren könnten.

Einspeisung von PV-Strom ins Straßenbahnnetz in Kombination mit einem Batteriespeicher zur Maximierung der Anlagengröße für einen ökonomischen Betrieb und größtmöglichen Beitrag zum Klimaschutz
Freiburg

Das VAG-Netz als Speicher für PV-Strom

Das klimaneutrale Freiburger Fußballstadion wird nach Fertigstellung mit Strom aus Photovoltaikanlagen versorgt. Dabei mußten die Planer den stark schwankenden Energiebedarf – hoch an Spieltagen, niedrig in den Wochen dazwischen – in Betracht ziehen. Deshalb wurden beim Stadion zwei PV-Anlagen vorgesehen: eine kleine zur Deckung des Grundbedarfs und eine größere zur Deckung der Spitzenlasten. Kann der Strom nicht vom Stadion genutzt werden, wird er ins Stromnetz eingespeist. Wirtschaftlich ist das oft wenig sinnvoll, denn wenn auch andere Erzeuger erneuerbarer Energien viel Strom einspeisen, z. b. in sonnigen Sommermonaten, erhält der Betreiber nur geringe oder gar keine Erlöse. Daher analysierte eine Machbarkeitsstudie der badenova WärmePlus und des Fraunhofer ISE eine alternative Einspeisung, nämlich ins Straßenbahnnetz der VAG. Das Projektziel war es, herauszufinden, ob daraus eine Gewinnsituation für beide Seiten entstehen kann: Die VAG erhält Strom zu günstigeren Konditionen; die WärmePlus kann den PV-Strom direkt,wirtschaftlich und lokal sinnvoll einsetzen. Zentraler Bestandteil eines solchen Systems ist ein Batteriespeicher, der flexibel zwischen Angebot und Nachfrage puffern kann. Ebenso könnte das Speichersystem auch die Energieeffizienz der VAG verbessern. Bisher gehen bis zu 950.000 kWh Bremsenergie pro Jahr verloren. Zwar sind die Straßenbahnen der VAG rückspeisefähig, d. h. sie können die beim Bremsen erzeugte Energie ans Straßenbahnnetz abgeben, das funktioniert aber nur, wenn sich gerade eine anfahrende oder beschleunigende Straßenbahn in unmittelbarer Nähe befindet, um die Energie aufzunehmen. Ist dies nicht der Fall, z. b. an Ausläuferstrecken oder Endhaltestellen, wandeln die Straßenbahnen die Bremsenergie in Verlustwärme um. Ein Batteriespeicher könnte diesen überschüssigen Strom aufnehmen. In einem früheren Innovationsfondsprojekt hatte die VAG bereits einen kleineren Schwungradspeicher an einer Endhaltestelle erprobt. Im jetzigen Projekt wurde von den Experten der WärmePlus und dem Fraunhofer ISE ein komplexeres Speichersystem angedacht, dass sowohl PV-Strom als auch Bremsenergie aufnehmen und gezielt und erlösoptimiert entweder über einen Wechselrichter an das öffentliche Netz oder direkt als Gleichstrom in das Straßenbahnnetz abgibt. Dazu verglichen sie verschiedene auf dem Markt erhältliche Speichermodelle, und analysierten, wie groß ein solcher Speicher ausgelegt sein muss, um sowohl wirtschaftlich wie effizient zu sein. Mit dem an die lokale Infrastruktur angepassten Konzept zeigte das Projekt neue Wege auf, um Energieversorgung und Energiewende ökologisch und ökonomisch sinnvoll zu gestalten. Darstellung drei wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt: Große Herausforderung bei der Auslegung des Gesamtsystems ist in diesem Fall die sich stark ändernde Energiebezugsleistung beim Anfahren der Straßenbahnen. Darin unterscheidet sich dieser Anwendung eines PV-Batterie-Speichersystems stark von herkömmlichen Einsatzgebieten. Eben dies führt auch dazu, dass sehr anwendungsspezifische Batteriespeichertechnik eingesetzt werden muss, um das Straßenbahnnetz sinnvoll mit PV-Strom zu speisen. Diese ist wiederum oft teuer, da sie bisher nicht im Massenmarkt eingesetzt wird. Die aktuellen energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen erschweren den Ansatz eines multifunktionalen Batteriespeichers, wodurch viele Batteriespeicher mit nur einem Anwendungsfall nicht wirtschaftlich betrieben werden können. Bei weiteren Anwendungsfällen neben der PV-Stromzwischenspeicherung, wäre eine Wirtschaftlichkeit auch in diesem Fall leichter zu erzielen. Für eine bessere Wirtschaftlichkeit ist auf möglichst kurze Kabelstrecken und ein geeigneter Netzanschlusspunkt zu achten, da dadurch die Investitionskosten reduziert werden können. In diesem Fall waren die Kabelwege im Verhältnis zur PV-Leistung wesentlich zu hoch.