Zeitschrift für Küstenzonenmanagement

Abstrakt

Möglichkeiten zur Steigerung der Kohlenstoffbindung in Waldökosystemen durch die Anwendung von Biokohle im Boden

Martyna Zywalewska

In den letzten Jahren hat das Interesse an natürlichen Düngemitteln zugenommen, ebenso wie ihre Produktion, Form und ihr Potenzial. Gleichzeitig wächst von Jahr zu Jahr die Waldfläche auf der ganzen Welt. Daher werden immer mehr Forschungsarbeiten durchgeführt, die über das zunehmende Potenzial der Verwendung von Biokohle in landwirtschaftlichen Produktionssystemen als natürlicher Dünger berichten. Wachsende Probleme des Umweltschutzes im Zusammenhang mit fortschreitender Bodenerosion, sich verschärfenden Auswirkungen des Klimawandels, Energieerzeugung und Abfallwirtschaft erfordern die Suche nach neuen, wirksameren und kostengünstigeren Lösungen. Eine der vorgeschlagenen Lösungen für aktuelle Probleme im Bereich des Umweltschutzes ist Biokohle, d. h. Karbonat, das im Prozess der Pyrolyse von Pflanzenbiomasse und organischen Abfällen gewonnen wird. Biokohle und ihre Verwendung sind keine neue Lösung – sie werden seit Jahrhunderten in der Landwirtschaft verwendet. In den letzten Jahren wurden ihre Eigenschaften und potenziellen Anwendungen jedoch wiederentdeckt, und man kann nun davon ausgehen, dass das traditionell bekannte Karbonat als Reaktion auf moderne Bedürfnisse und Anwendungen im Bereich des Umweltschutzes eine neue „Marke“ erhalten hat und als Biokohle fungiert. Substrate für die Herstellung von Biokohle umfassen eine vielfältige Gruppe von Materialien, darunter: Energiepflanzen, Waldabfälle, landwirtschaftliche Biomasse, Klärschlamm, organische Anteile von Siedlungsabfällen oder Rückstände aus der Agrar- und Lebensmittelverarbeitung. Die Auswahl der Substrate hängt unter anderem von physikochemischen Eigenschaften (z. B. Wasser- und organischer Stoffgehalt, Partikelgröße), möglichen Anwendungen (z. B. zur Energieerzeugung, für landwirtschaftliche Zwecke, zur Entfernung von Schadstoffen), logistischen Aspekten sowie dem Pyrolyseprozess und seinen Parametern ab. Biokohle kann aufgrund physikochemischen Eigenschaften wie hohem Gehalt an organischem Kohlenstoff in stabiler Form und Mineralstoffen, deutlich entwickelter Porosität und spezifischer Oberfläche erfolgreich eingesetzt werden: in der Bioenergetik als erneuerbarer Brennstoff; zur Kohlenstoffbindung im Boden; im Kompostierungsprozess als Strukturmaterial oder Zusatzstoff zur Begrenzung der Ammoniakemissionen; bei der Herstellung organischer Düngemittel auf Basis von Biokohle; zur Verbesserung der Eigenschaften landwirtschaftlicher Flächen; zur Entfernung von Verunreinigungen aus Wasserlösungen, kommunalem und industriellem Abwasser sowie Prozessgasen; bei der Sanierung von mit organischen und anorganischen Verbindungen kontaminierten Böden und zur Verringerung der Verschmutzung von Grund- und Oberflächenwasser durch den Rückhalt beispielsweise biogener Bestandteile im Boden.
Die Verwendung von Biokohle im Umweltschutz bringt viele Vorteile mit sich, darunter die Möglichkeit, fossile Brennstoffe durch erneuerbare Brennstoffe zu ersetzen, die Bodeneigenschaften zu verbessern, z. B. die Kohlenstoffmenge im Boden oder die Wasserkapazität des Bodens zu erhöhen, den Verbrauch von organischen und anorganischen Düngemitteln und Pflanzenschutzmitteln und damit das Risiko einer Grund- und Oberflächenwasserverschmutzung zu verringern. Trotz der vielen festgestellten Vorteile können die Produktion von Biokohle und ihre Freisetzung in die Umwelt auch einige Risiken bergen. Diese können unter anderem die intensive Gewinnung von Biomasse aus Nutzpflanzen und damit die Bodenerosion betreffen, die Freisetzung giftiger Verbindungen, z. B. PAK, Dioxine und Furane, in die Bodenumwelt, die sich negativ auf lebende Organismen auswirkt und zur Grundwasserverschmutzung führen kann. Darüber hinaus sind die physikochemischen Eigenschaften von aus verschiedenen Substraten gewonnener Biokohle sowie Prozesse und Mechanismen der langfristigen Auswirkungen auf die natürliche Umwelt noch nicht vollständig verstanden. Weitere Forschungsrichtungen sollten daher unter anderem die Entwicklung eines Klassifizierungssystems für Biokohle umfassen, das aus verschiedenen Substraten auf der Grundlage ihrer physikochemischen Eigenschaften und Anwendungskriterien gewonnen wird, die Analyse der Möglichkeiten zur Optimierung der Parameter des Pyrolyseprozesses, um die gewünschten Biokohleeigenschaften für verschiedene Anwendungen im Umweltschutz zu erhalten, die Bewertung der Auswirkungen von Biokohle auf die natürliche Umwelt auf lange Sicht, die Bestimmung des Auftretens potenzieller Gefahren durch die Einführung von Biokohle in die Umwelt, die Analyse der Kosten der Biokohleproduktion und der Verfügbarkeit von Substraten, die für ihre Produktion geeignet sind, sowie die Kosten der Verwendung von Biokohle, z. B. für die Energieerzeugung, die Sanierung kontaminierter Böden, die Verbesserung der Bodeneigenschaften oder die Beseitigung von Verschmutzungen durch kommunales und industrielles Abwasser.
Biokohle ist ein sehr interessantes Material, das zukünftigen Wäldern mehr Ersatzstoffe bieten und ihnen helfen kann, schneller und größer zu wachsen und gute Wachstumsbedingungen zu schaffen. Über die Auswirkungen von Biokohle, insbesondere in Form von Hydrokohle, ist jedoch wenig bekannt. Ziel dieses Arbeitspapiers ist es, Informationen und bekannte Fakten über die Auswirkungen der Verwendung von Biokohle bei der Aufzucht von Setzlingen zu überprüfen. Biokohle wurde in vielen Arbeiten als neuartiges Material für die Bereitstellung erdloser Wachstumsmedien vorgeschlagen. Man muss jedoch bedenken, dass viel mehr Wissen erforderlich ist, bevor zuverlässige Empfehlungen zur Verwendung dieser Materialien als Düngemittel für Wälder gegeben werden können. Bei der Herstellungstechnologie von Biokohle wurden, je nachdem, welches Verfahren angewendet wurde, Phytotoxizität und Treibhausgasemissionen für bestimmte Kohlearten festgestellt. Ich habe untersucht, wie sich diese Kohlearten auf Substrateigenschaften, Pflanzenleistung, Wasserwirtschaft und CO2-Emissionen durch die Atemwege auswirken. Biokohle wird jedoch in der landwirtschaftlichen Produktion sehr empfohlen, um höhere Erträge zu erzielen