Pflanzenkohle - Eine echte Option zur Verbesserung...

Pflanzenkohle ist nicht nur ein wertvoller CO₂-Speicher, sondern auch ein vielseitiges Mittel zur Optimierung landwirtschaftlicher Böden. Sie entsteht durch die Verkohlung von Biomasse und bietet zahlreiche Vorteile wie die Erhöhung der Wasserspeicherkapazität und die Bindung von Nährstoffen. Doch wie genau wird Pflanzenkohle hergestellt und welche Hürden gibt es bei ihrer Anwendung? Dieser Artikel gibt dir einen Überblick und zeigt, wie du Pflanzenkohle effektiv nutzen kannst, um stabile Erträge zu erzielen und den ökologischen Fußabdruck zu reduzieren. 

Kernaussagen 

• Vielseitige Anwendungsmöglichkeiten: Pflanzenkohle optimiert die Bodenqualität durch erhöhte Wasserspeicherkapazität, Nährstoffbindung und Förderung von Mikroorganismen. Diese Eigenschaften können zu höheren Erträgen beitragen.

• Effektive CO₂-Bindung: Bei der Herstellung von Pflanzenkohle wird etwa doppelt so viel CO₂ gebunden, wie bei der Produktion emittiert wird. Entdecke, wie Pflanzenkohle als CO₂-Senke zur Minderung des Klimawandels beitragen kann.

• Herausforderungen und Lösungen: Die Qualitäten der Pflanzenkohle können stark variieren und die Produktionskosten sind hoch. Jedoch bringt der Einsatz von Pflanzenkohle auch viele Vorteile mit sich.

Was ist Pflanzenkohle? 

Pflanzenkohle entsteht, wenn Biomasse unter hohem Druck oder hoher Temperatur verkohlt wird. Dafür gibt es verschiedene Verfahren: Die Pyrolyse, welche mit Hitze arbeitet, und die hydrothermale Carbonisierung, welche über Druck und in Kombination mit Wasser Pflanzenmasse verkohlt. Der dabei entstehenden Pflanzenkohle werden bei Ausbringung auf das Feld zahlreiche Vorteile zugeschrieben, wie die Bindung von CO₂, Nährstoffen und Pflanzenschutzmitteln. 

Herstellungsprozess - Pyrolyse

1. Auswahl der Biomasse: Auswahl geeigneter organischer Reststoffe wie Erntereste, Holzabfälle oder andere Biomasse-Quellen, die nicht mit Schadstoffen kontaminiert sind.
 

2. Vorbereitung der Biomasse: Trocknung und Zerkleinerung der Biomasse, um die Effizienz des Verkohlungsprozesses zu erhöhen und eine gleichmäßige Verkohlung zu gewährleisten. 

3. Pyrolyse: Erhitzung der vorbereiteten Biomasse in einer sauerstoffarmen Umgebung (Pyrolyse) bei Temperaturen zwischen 400°C und 800°C, wodurch die organische Substanz in Pflanzenkohle und flüchtige Nebenprodukte umgewandelt wird. Währenddessen: Filtration der entstehenden Rauchgase, um umweltschädliche Substanzen wie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und andere Schadstoffe zu entfernen. Zuletzt: Abkühlung der Pflanzenkohle und Sammlung des fertigen Produkts, das nun bereit zur weiteren Verarbeitung oder direkten Nutzung ist.
 

4. Qualitätskontrolle: Untersuchung der Pflanzenkohle auf relevante Parameter wie Kohlenstoffgehalt, Porosität und mögliche Schadstoffbelastungen, um die Eignung für die landwirtschaftliche Nutzung sicherzustellen.

Anwendung

Für die Anwendung von Pflanzenkohle gibt es verschiedene Möglichkeiten:

Auf dem Acker kann eine Einarbeitung in den Boden erfolgen, idealerweise in Kombination mit Wirtschaftsdüngern. Die Biokohle wird durch den Dünger aktiviert, das bedeutet, dass sie von Mikroorganismen besiedelt wird und Nährstoffe des Düngers bindet. Eine Aktivierung kann beispielsweise durch die Mischung der Kohle mit Wirtschaftsdüngern oder Kompost erfolgen. 

Aber auch eine betriebliche Kaskadennutzung der Pflanzenkohle ist möglich. Dafür kann die Kohle als Silier­mit­tel, Fut­ter­mit­tel, in der Ein­streu, zur Gül­le­be­hand­lung und als Kom­post­zu­satz ein­ge­setzt werden.

 Die empfohlenen Applikationsmengen von Pflanzenkohle schwanken stark. In wissenschaftlichen Versuchen wird dem Boden häufig einmalig eine sehr hohe Menge an Pflanzenkohle zugeführt. Die Tendenz in der Praxis geht jedoch eher dahin, jährlich Mengen von 0,5 bis zwei Tonnen je Hektar auszubringen. 

Pflanzenkohle in der Regenerativen Landwirtschaft

In der Regenerativen Landwirtschaft kann Pflanzenkohle eine zentrale Rolle spielen, insbesondere durch ihre Fähigkeit zur CO₂-Speicherung. Bei der Herstellung von einer Tonne Pflanzenkohle werden durchschnittlich etwa zwei Tonnen CO₂ gebunden. Doch wie funktioniert das? 

Durch die Photosynthese binden Pflanzen Kohlenstoff aus der Luft. Beim Verrotten der Pflanzen wird das gespeicherte CO₂ wieder in die Atmosphäre freigesetzt. Wird die Biomasse jedoch durch Pyrolyse in Pflanzenkohle umgewandelt, bleibt der Kohlenstoff dauerhaft gebunden

Dieser Kohlenstoff bleibt langfristig im Boden, da Pflanzenkohle, mit einer jährlichen Abbaurate von lediglich 0,3 %, nur sehr langsam abgebaut wird. Das bedeutet, dass auch 100 Jahre nach der Anwendung noch etwa 74 % des ursprünglichen Kohlenstoffs im Boden verbleiben.
 

Das C-Senken-Potential einer Pflanzenkohle-Einheit wird durch die in ihr enthaltene Kohlenstoffmenge minus den Kohlenstoffaufwand ihrer Produktion definiert. Bei der Produktion von einer Tonne trockener Pflanzenkohle mit einem Kohlenstoffgehalt von 75 % werden etwa 3,3 Tonnen Biomasse benötigt. Diese Biomasseproduktion und der Pyrolyseprozess verursachen Emissionen, die insgesamt 77 Kilogramm C entsprechen. Somit ergibt sich für eine Tonne Pflanzenkohle ein netto C-Senken-Potential von 673 Kilogramm C, was etwa 2,47 Tonnen CO₂ entspricht.

Vorteile von Pflanzenkohle

• Nährstoffkreisläufe: Für die Erzeugung von Pflanzenkohle wird Biomasse benötigt. Um Kreisläufe zu schließen, sollten Reststoffe wie Erntereste verwendet werden, die nicht kontaminiert sind.

• Wasserspeicherkapazität: Die Zugabe von Pflanzenkohle erhöht die Wasserspeicherkapazität landwirtschaftlich genutzter Böden.

• Ertragssteigerung: Pflanzenkohle kann in Kombination mit Wirtschaftsdüngern zu einer Ertragssteigerung und zu stabilen Erträgen führen.

• Kationenaustauschkapazität: Pflanzenkohle erhöht die Kationenaustauschkapazität im Boden und führt zu stärkeren Verlagerungen von organischem Kohlenstoff in tiefere Bodenschichten.

• Bodenchemie und -physik: Durch die durch Pflanzenkohle ausgelösten Veränderungen der chemischen und physikalischen Bodeneigenschaften kann die Bildung von Mykorrhiza und damit die Pflanzenproduktivität gefördert werden. Zudem bietet sie durch ihre poröse, vergrößerte Oberfläche Lebensraum und Schutz für zahlreiche Bodenmikroorganismen.

• Schadstoffauswaschung: Pflanzenkohle verringert nicht nur die Auswaschung  von Nitrat, sondern kann auch Pflanzennährstoffe wie Phosphor und Kalium langfristig im Boden binden.

Hindernisse bei der Anwendung

• Substrat Vielfalt: Pflanzenkohle kann aus verschiedenen Substraten unter unterschiedlichen Verfahren erzeugt werden. Ihre Eigenschaften hängen stark vom Ausgangsmaterial und Verkohlungsverfahren ab und ihr Wirkungsgrad variiert je nach Bodenart.

• Gesundheitsrisiken: Bei der Verkohlung können polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) entstehen, die unter bestimmten Bedingungen gesundheitliche Auswirkungen haben können. Ihre Entstehung wird durch das verwendete Material, das Verfahren und die Temperatur beeinflusst. Es besteht noch Raum für die Entwicklung klarer Richtlinien, um die sichere und nachhaltige Anwendung von Pflanzenkohle weiter zu verbessern.

• Langzeitwirkungen: Die langfristigen Auswirkungen von Pflanzenkohle im Boden und ihre Umweltwechselwirkungen sind noch weitgehend unbekannt oder liefern variable Ergebnisse.

• Umweltschädliche Gase: Während der Pyrolyse entstehen umweltschädliche Rauchgase, die gefiltert werden müssen. Der Verkohlungsprozess ist energieintensiv, und die Energie sollte aus erneuerbaren Quellen stammen, um die Nachhaltigkeit zu gewährleisten.

• Produktionskosten und Standards: Aufgrund hoher Produktionskosten ist die landwirtschaftliche Nutzung von Pflanzenkohle oft unrentabel. Es gibt erhebliche Unterschiede bei den Produktionsstandards für Pflanzenkohle, und obwohl es eine europäische Zertifizierung gibt, ist diese nicht verpflichtend. Variabilität besteht in Bezug auf das Rohmaterial, die chemische Zusammensetzung, die Produktreinheit und die Verarbeitungseigenschaften

Rechtliches - Düngemittelverordnung

• Düngemittelverordnung in Deutschland: In Deutschland erlaubt die Düngemittelverordnung (DüMV) derzeit nur die Verwendung von Pflanzenkohle aus chemisch unbehandeltem Holz mit einem Kohlenstoffanteil von mindestens 80 Prozent. Pflanzenkohlen aus alternativer Biomassen wie zum Beispiel Ernterückständen sind bisher nicht zugelassen.

• EU-Düngemittelverordnung: Die neue EU-Düngemittelverordnung, die am 16. Juli 2022 in Kraft getreten ist, hat den Anwendungsbereich erweitert. Nun sind auch Düngemittel wie Pflanzenkohle erlaubt, die durch Pyrolyse- und Vergasungsverfahren aus organischen Stoffen hergestellt wurden.

Fazit

Pflanzenkohle kann ein Werkzeug für die nachhaltige Landwirtschaft sein,da es als effektiver CO₂-Speicher fungiert. Die Vorteile reichen von erhöhter Wasserspeicherkapazität bis hin zu verbesserter Nährstoffbindung, was die Erträge steigern kann – ein echter Gewinn für den Ackerbau. Trotz der Herausforderungen wie der schwankenden Qualität und den hohen Produktionskosten gibt es Wege, einige dieser Hürden zu überwinden und Pflanzenkohle erfolgreich zu nutzen. Ob durch die direkte Anwendung im Ackerbau oder die Nutzung in Kombination mit Wirtschaftsdüngern – die Investition in Pflanzenkohle kann langfristig zu besseren Ergebnissen und einer umweltfreundlicheren Bewirtschaftung führen.

FAQs

Welche Vorteile bietet eine höhere Wasserspeicherkapazität?

Die Zahlen für den Einfluss der Pflanzenkohle auf den Wasserhaushalt schwanken und sind dabei abhängig von Bodentyp und Applikationsmenge. Vorteile einer Verbesserung der Wasserspeicherkapazität sind folgende: 

• Stabilere Erträge: Ein Boden, der Wasser besser speichern kann, sorgt für eine gleichmäßige Verfügbarkeit von Feuchtigkeit für die Pflanzen. Dies trägt zu stabileren und höheren Ernteerträgen bei, da die Pflanzen weniger anfällig für Trockenstress sind.

• Verbesserte Resilienz gegen Dürre: Böden mit höherer Wasserspeicherkapazität sind widerstandsfähiger gegenüber Trockenperioden. Auch wenn es längere Zeit nicht regnet, können die im Boden gespeicherten Wasserreserven die Pflanzen weiterhin versorgen, was die Auswirkungen von Dürreperioden mildert.

• Erhöhte Bodenfruchtbarkeit: Durch die Förderung einer besseren Bodenstruktur und einer höheren Feuchtigkeitsretention kann die Bodenfruchtbarkeit insgesamt steigen. Der Humusaufbau wird unterstützt, und die biologische Aktivität im Boden wird gefördert.

Welche Art von Biomasse eignet sich am besten für die Herstellung von Pflanzenkohle?

• Holzabfälle: Unbehandeltes Holz, Sägemehl und Holzschnitzel sind ausgezeichnete Ausgangsmaterialien, da sie eine hohe Kohlenstoffkonzentration aufweisen und gut verkohlt werden können.

• Erntereste: Stroh, Maisstängel und andere Pflanzenreste aus der Landwirtschaft sind geeignete Rohstoffe, da sie reich an organischer Substanz sind und zur Verbesserung der Bodenqualität beitragen.

• Grünabfälle: Rasenschnitt, Laub und andere Grünabfälle können ebenfalls für die Herstellung von Pflanzenkohle genutzt werden, insbesondere wenn sie in Kombination mit anderen Biomasse-Quellen verwendet werden.

• Weitere Landwirtschaftliche Abfälle: Überschüssige Biomasse aus der Lebensmittelproduktion, wie zum Beispiel Obst- und Gemüsereste, können auch für die Pflanzenkohleproduktion verwendet werden, solange sie frei von Schadstoffen sind.

Gibt es weitere Zusatzstoffe, die CO₂ im Boden speichern?  

• Kompost: Durch den Abbau von organischem Material im Kompost wird Kohlenstoff langfristig im Boden gebunden. Kompost verbessert die Bodenstruktur und steigert die Fruchtbarkeit.

• Mulch: Organischer Mulch, wie Hackschnitzel, Sägespäne oder Stroh, helfen, den Boden feucht zu halten und tragen zur Kohlenstoffspeicherung bei, indem sie langsam zersetzt werden und Humus bilden.

• Gründüngung: Pflanzen wie Klee oder Luzerne, die als Gründünger verwendet werden, fördern den Humusaufbau im Boden und speichern CO₂ durch die Bindung von Kohlenstoff in ihren Wurzeln und nach der Zersetzung.