Inmitten der wachsenden Besorgnis über den Klimawandel und die Verschlechterung der Bodengesundheit wird ein altes, aber oft übersehenes Material zunehmend als Lösung betrachtet: Pflanzenkohle. Pflanzenkohle, im englischsprachigen Raum auch als Biochar bekannt, entsteht durch die Pyrolyse pflanzlicher Ausgangsstoffe. Doch was genau steckt dahinter? Wir zeigen, wie Pflanzenkohle hergestellt wird, wie sie die Bodenqualität verbessern kann und welchen Beitrag sie zur langfristigen CO₂-Speicherung und zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen leisten könnte.
Was ist Pflanzenkohle?
Pflanzenkohle ist ein sehr kohlenstoffreiches Material, das bei hohen Temperaturen unter sauerstoffarmer Umgebung aus Biomasse hergestellt wird. Dieser Prozess, der dem der Holzkohleherstellung ähnelt, führt zu einem stabilen Kohlenstoffprodukt, welches eine poröse Struktur aufweist und gegenüber biologischen Abbauprozessen weitestgehend resistent ist. Die hohe innere Oberfläche von mehreren hundert m2/g gepaart mit der Langzeitstabilität verleiht der Pflanzenkohle einige interessante Eigenschaften, welche für verschiedene Anwendungen in Landwirtschaft sowie Industrie von Bedeutung sein können.
Wie wird Pflanzenkohle hergestellt?
Die Herstellung von Pflanzenkohle erfolgt meist aus Waldrestholz, landwirtschaftlichen Ernterückständen oder anderen pflanzlichen Reststoffen, aber es sind grundsätzlich jegliche organischen Stoffe einsetzbar. In einem geschlossenen System wird die Biomasse unter Sauerstoffabschluss auf Temperaturen von 350 °C bis 900 °C erhitzt.
Dieser Pyrolyse-Prozess wird in eigens dafür konzipierten automatisierten Anlagen durchgeführt. Dabei wird der im Ausgangsstoff enthaltene Kohlenstoff von weiteren Bestandteilen getrennt und bleibt als Pflanzenkohle zurück.
Das bei der Pyrolyse entstehende brennbare Gas wird zur Wärme- und teilweise auch zur Stromerzeugung genutzt. Ein Teil der Wärme wird für die Aufrechterhaltung des Pyrolyseprozesses benötigt, die darüberhinausgehende Energie kann als nutzbare Abwärme z.B. für die Beheizung von Gebäuden ausgekoppelt werden.
Das Funktionsprinzip von Pyrolyseanlagen ähnelt dem von Holzvergasungsanlagen und in einigen Fällen lassen sie sich nicht scharf voneinander abgrenzen. In Holzvergasungssystemen wird aus Biomasse ein brennbares Gas mit dem vorrangigen Zweck der Strom- und Wärmegewinnung erzeugt. Dabei entsteht als Reststoff ein kohlenstoffhaltiger Vergaserkoks, welcher ähnliche Eigenschaften aufweist wie Pflanzenkohle, doch meist nicht als solche einzustufen ist (siehe auch den Abschnitt „Qualität von Pflanzenkohlen“).
Wo kann Pflanzenkohle angewendet werden?
Pflanzenkohle bzw. Holzkohle wurde schon vor über tausend Jahren im Pflanzenbau eingesetzt, dies belegen Funde in Brasilien. Dort wurde Holzkohle gemischt mit anderen organischen Substanzen in die kargen Böden eingebracht, um deren Fruchtbarkeit zu erhöhen. Durch ihre vielfältigen Eigenschaften bietet Pflanzenkohle nicht nur Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Landwirtschaft, sondern auch in der Tierhaltung und für industrielle Produkte. Haupteinsatzmöglichkeiten sind derzeit:
Landwirtschaft – Der Pflanzenkohle werden bodenverbessernde Eigenschaften zugeschrieben. Der tatsächliche Effekt hängt dabei stark von den vorliegenden Bodeneigenschaften ab. Bei der Einbringung in Ackerböden kann ihre poröse, schwammartige Struktur die Wasserhaltekapazität verbessern und zu einer Auflockerung der Böden beitragen. Durch die hohe innere Speicherfähigkeit kann sie Nährstoffe aufnehmen und diese den Pflanzen zeitversetzt bereitstellen. Um diesen Effekt positiv zu nutzen, ist es notwendig die Pflanzenkohle vor der Ausbringung mit Nährstoffen „aufzuladen“. Hierfür kann sie z.B. in Gülle oder Kompost eingemischt werden. Die Anwendung von Kohle ohne entsprechende Vorbehandlung führt unter Umständen zu einem Entzug von pflanzenverfügbaren Nährstoffen aus den Böden und könnte somit kurz- bis mittelfristig das Pflanzenwachstum schwächen.
Tierhaltung – In der Tierhaltung wird Pflanzenkohle als Futtermittelzusatz und Stalleinstreu eingesetzt. Dem Futter zugesetzte Pflanzenkohle kann sich bei Durchfallerkrankungen und Verdauungsbeschwerden von z.B. Milchkühen oder Schweinen positiv auswirken. Die Pflanzenkohle wirkt hierbei ähnlich den für den Menschen bekannten Kohletabletten und hilft der Verdauung sich zu erholen. Als Einstreu verwendete Pflanzenkohle kann die Stallhygiene verbessern und schlechte Gerüche im Stall vermindern.
Industrielle Produkte – Die poröse Struktur der Pflanzenkohle und die damit einhergehende geringe Dichte machen dieses Material für die Beimischung z.B. in Kunststoffprodukten interessant. Dadurch werden diese leichter und es wird zugleich der fossile Rohstoffeinsatz reduziert. Die natürliche schwarze Färbung der Pflanzenkohle kann man sich bei der Einfärbung von Materialen zunutze machen, bei denen bisher fossiler Ruß zum Einsatz gekommen ist. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, Pflanzenkohle in Beton oder Asphalt beizumischen, um diesen durch den in der Pflanzenkohle gespeicherten Kohlenstoff bilanziell CO2-neutral zu gestalten.
Stadtbegrünung – Um städtische Bepflanzungen wie z.B. Bäume widerstandsfähiger gegen Trockenheit zu machen, wird bei der Pflanzung eine Mischung aus Pflanzenkohle und anderen Stoffen in deren Wurzelbereiche eingebracht. Hierdurch soll die Wasserspeicherfähigkeit des Bodens erhöht und somit die Wasserversorgung der Bäume verbessert werden.
Was bringt Pflanzenkohle fürs Klima?
Pflanzenkohle besteht zu einem großen Teil (typischerweise 70-90 %) aus Kohlenstoff, welcher stabil gegenüber biologischen Abbauprozessen ist. Dieser Kohlenstoff kann über sehr lange Zeit – hunderte bis tausende von Jahren – bestehen bleiben. Da es sich bei dem Ursprung des Kohlenstoffes um CO2 handelt, das die Pflanzen während ihres Wachstums der Atmosphäre entzogen haben, kompensiert die Herstellung von Pflanzenkohle Treibhausgasemissionen – natürlich nur, sofern sie nicht wieder verbrannt wird. Diese Kohlenstoffspeicherung stellt sogenannte negative CO2-Emissionen dar. Für das Erreichen der Klimaneutralität werden diese zukünftig eine wichtige Rolle spielen, um unvermeidbare Restemissionen auszugleichen. Hierfür können auch handelbare CO₂-Zertifikate ausgestellt werden.
Qualität von Pflanzenkohlen
Nicht jede verkohlte Biomasse darf als Pflanzenkohle bezeichnet werden, und nicht jede erfüllt die für den jeweiligen Anwendungszweck erforderlichen Eigenschaften. Das wichtigste Kriterium für den Einsatz in der Landwirtschaft ist ein niedriger Gehalt an Schadstoffen wie z.B. Schwermetalle, PAK oder PCB. Für die Kategorisierung und den Qualitätsnachweis von Pflanzenkohlen hat sich der freiwillige Zertifizierungsstandard EBC (European Biochar Certificate) etabliert. Es wird dort in mehreren Zertifizierungsklassen für Pflanzenkohle mit entsprechenden Grenzwerten für den jeweiligen Einsatzzweck unterschieden, von EBC-Basic bis zur höchsten Qualitätsstufe EBC-FutterPlus für die Tierfütterung. Die Richtlinie definiert nicht nur Grenzwerte und Klassen, sondern auch, welche Biomassen eingesetzt und welche Produktionsbedingungen eingehalten werden müssen. EBC-Zertifikate stellen ein Qualitätssiegel dar und werden im Handel üblicherweise entsprechend gekennzeichnet.
Pflanzenkohle besitzt Eigenschaften, die sich in der Landwirtschaft, in der Tierhaltung oder in der Industrie positiv auswirken können. Absolute Aussagen über Erfolge durch ihren Einsatz sind jedoch schwer zu treffen. Grundsätzlich sind sowohl die richtige Qualität der Pflanzenkohle als auch eine passende Anwendung von großer Bedeutung für das Erzielen der gewünschten Effekte. Eine Schlüsselfunktion der Pflanzenkohle ist ihre Möglichkeit zur langfristigen Speicherung von Kohlenstoff. Diese wird zukünftig einen wertvollen Beitrag auf dem Weg hin zur Klimaneutralität leisten.
Weitere Informationen zu Pflanzenkohle:
Wie Pflanzenkohle in der Landwirtschaft eingesetzt werden kann und welchen Nutzen sie bietet, wird bei C.A.R.M.E.N. e. V. im Rahmen des Forschungsprojekts TerraBayt 2.0 begleitet. Dabei arbeitet C.A.R.M.E.N. mit dem Lehrstuhl für Ökologischen Landbau und Pflanzenbausysteme der Technischen Universität München zusammen.
Beim regelmäßig stattfindenden C.A.R.M.E.N.-Statusseminar „Pyrolyseanlagen“ erhalten Sie einen fundierten Überblick über verschiedene am Markt verfügbare Pyrolysesysteme und deren Einsatzmöglichkeiten. So können Sie die unterschiedlichen Technologien besser vergleichen und einschätzen, welche Lösungen für Ihre individuellen Anforderungen geeignet sind. Bei der Besichtigung einer Pyrolyseanlage erleben Sie zudem die Pflanzenkohleproduktion direkt in der Praxis und gewinnen wertvolle Einblicke in den Anlagenbetrieb.
Sie haben Fragen zum Thema Pflanzenkohle? Kontaktieren Sie uns gerne telefonisch oder schreiben Sie uns – wir beraten Sie gerne!