Pflanzenkohle gegen Klimawandel  – Nachgefragt bei: Prof. Dr. Konstantin Terytze und Dr. Robert Wagner

Terytze und Wagner: „Die bisherigen Erfahrungen bei der Herstellung von Biokohle sind vielversprechend“

Wie kann Biokohle dem Klimawandel als CO₂-Killer entgegenwirken? Aufschluss hierüber erhoffen sich Wissenschaftler der FU Berlin mit ihrem Projekt CarboTIP. Über die bisher gewonnenen Erkenntnisse sprachen Projektleiter Prof. Dr. Konstantin Terytze und Projektmitarbeiter Dr. Robert Wagner im Interview mit der ESV-Redaktion.

Herr Professor Terytze, in Ihrem Projekt befasst sich Ihre Arbeitsgruppe mit der Gewinnung von Biokohle. Dies soll helfen, Umweltschäden zu reduzieren. Können Sie dieses Projekt kurz beschreiben?

Konstantin Terytze: Im Projekt CarboTIP untersuchen wir zweierlei Dinge: Zum einen die Wirkung der Herstellung und Anwendung von Biokohle, die im deutschsprachigen Raum auch als Pflanzenkohle bezeichnet wird, auf die CO₂- und Ökobilanz des Abfallmanagements im Tierpark Berlin und zweitens, in wie weit sich diese Technologie im Tierpark implementieren lässt. Dafür führen wir viele Untersuchungen zu den einzelnen Stoffströmen und Anwendungen durch, wie z. B. die Herstellung von Biokohle aus Laub, die Kompostierung des Festmistes zusammen mit Biokohle oder auch die Wirkung von Biokohlekomposten auf die Pflanzungen im Tierpark.

Auf welche Arten kann Biokohle positiv auf die Umwelt einwirken?

Robert Wagner: Biokohle wirkt in verschiedensten Bereichen entlang ihres Lebenszyklus. Bei der Herstellung aus pflanzlichen Reststoffen findet eine Wertschöpfung dieser Abfälle statt, in Verbindung mit der Speicherung von Kohlenstoff. Die Umwandlung von Astschnitt zum Beispiel führt zu einer 50-prozentigen Festlegung des im Holz gespeicherten Kohlenstoffes aus der Atmosphäre.  Da Biokohle gegen biologischen Abbau und Mineralisierung sehr resistent ist – bei Verweilzeiten in Böden bis zu Jahrhunderten – kann die langfristige Kohlenstoffspeicherung durch Biokohle einen großen Beitrag zum Klimaschutz leisten.

Gleichzeitig wird in diesem Prozess Energie frei, die zur Erzeugung von Wärme genutzt wird und fossile Energieträger ersetzen kann. Bei der Anwendung in der Kompostierung hilft Biokohle den organischen Kohlenstoff zu stabilisieren und die Entstehung von Treibhausgasen zu verringern. Daneben werden weniger Nährstoffe mit dem Sickerwasser ausgetragen und Schadstoffe können gebunden werden. Die Anwendung in Pflanzsubstraten hilft Torf zu ersetzen und mineralischen Dünger einzusparen. Neben diesen Anwendungen gibt es noch zahlreiche weitere in der Landwirtschaft, u. a. zur Verbesserung der Tiergesundheit und Verringerung von Geruchs- und Ammoniakemissionen, in der Bauindustrie und in der Textilindustrie, um nur einige zu nennen, wo Biokohle ebenfalls positiv auf die Umwelt wirkt.

Nur einmalige Energiezufuhr zum Starten

Die Karbonisierung von Biomasse durch Pyrolyse ist hierbei wohl der wichtigste Aspekt. Was geschieht dabei?

Konstantin Terytze: Bei der Karbonisierung wird Biomasse unter Luftabschluss und bei Temperaturen von 500 bis 900°C zu Kohlenstoff umgewandelt, flüchtige Bestandteile entweichen aus der Biomasse und können weiter genutzt werden. So kann das entweichende Gas z. B. zur Wärmeerzeugung herangezogen werden. Da der Prozess mehr Energie bereitstellt als verbraucht, ist nur eine einmalige Energiezufuhr zum Starten der Karbonisierung notwendig. 

Zu den Personen

Prof. Dr. mult. Dr. h. c. Konstantin Terytze ist Projektleiter des CarboTIP-Projektes und Leiter der AG Geoökologie an der Freien Universität Berlin im Fachbereich Geowissenschaften Dr. rer. nat. Robert Wagner ist Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Freien Universität Berlin im Fachbereich Geowissenschaften, AG Geoökologie

Woraus besteht die Biomasse denn genau?

Robert Wagner: Die nutzbare Biomasse ist vielfältig. Wir nutzen meist Ast- und Gehölzschnitt, testen aber gerade Laub als möglichen Inputstoff. Es gibt unterschiedliche Anlagen, die auf unterschiedliche Inputmaterialien ausgelegt werden können. Dabei orientiert man sich oft am Heizwert des Materials, welcher > 10 MJ/kg sein sollte. Vor allem der Wassergehalt des Materials spielt eine große Rolle, die sich auch im Heizwert widerspiegelt. Je trockener, umso besser.

„Ein herausragendes Ergebnis hinsichtlich des Klimawandels”

Welche Erfahrungen haben Sie zur Bindung von CO₂ in Ihrem Projekt gemacht? Gibt es dazu Zahlen?

Robert Wagner: Ja – wir haben im Rahmen des TerraBoGa-Projektes viele positive Ergebnisse zur Speicherung von Kohlenstoff und der Verringerung des CO_2- und THG-Ausstoßes erhalten. Darüber haben wir auch in der Zeitschrift Müll und Abfall, Ausgabe 03-2018, berichtet. Im Botanischen Garten Berlin-Dahlem konnten wir zeigen, dass pro Jahr durch die Karbonisierung von Ast- und Strauchschnitt ca. 70 Tonnen CO₂ nachhaltig aus der Atmosphäre entfernt und weitere 40 Tonnen CO₂ durch die Substitution von fossilen Brennstoffen eingespart werden können.

Konstantin Terytze: Ein Vergleich der Klimabilanz vor und nach erfolgter Kreislaufschließung zeigte, dass die Emission von ursprünglich ca. 130 Tonnen CO_2eq um 200 Tonnen auf minus 70 Tonnen CO_2eq gesenkt wurde. Die Umstellung des Abfall- und Substratmanagements im Botanischen Garten Berlin erzielte damit eine CO₂ negative Bilanz. Und das ist ein herausragendes Ergebnis hinsichtlich des Klimawandels.

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Energie für weitere Nutzungen

Zur Verdeutlichung: Für die Karbonisierung sind hohe Temperaturen erforderlich. Hierfür braucht man Energie. Wie wird denn diese bei ihrem Projekt erzeugt und wird dabei nicht auch CO₂ freigesetzt?

Konstantin Terytze: Wie bereits angesprochen, ist der Prozess exotherm, d. h. er setzt mehr Energie frei, als für die Karbonisierung benötigt wird. In Karbonisierungsanlagen, die für die Herstellung von Biokohle ausgelegt sind, wird die freigesetzte Energie zum Erhalt des Karbonisierungsprozesses genutzt und darüber hinaus Energie in Form von Wärme für weitere Nutzungen, z. B. Gebäudeheizung, bereitgestellt. In diesen Anlagen ist ein einmaliges Zünden des Prozesses ausreichend. 

Herstellung von Biokohle bindet also mehr Kohlenstoff als Kohlendioxid freigesetzt wird. Kann man dem Energie-Input und der damit verbundenen CO₂-Freisetzung einen Output – also die Bindung von CO₂ – in einer Bilanz gegenüberstellen?

Robert Wagner: Ja, das ist möglich. Für unsere Anlage im Botanischen Garten sieht die Bilanz folgendermaßen aus: Zum Zünden der Anlage benötigen wir Propangas, das 0,013 kg CO_2eq pro Tonne Holz (Frischmasse/FM) freisetzt sowie Strom zur Überwachung und Regelung des Prozesses, der mit 0,012 kg CO_2eq pro Tonne Holz (FM) berechnet wird.

Durch die Bindung von Kohlenstoff lassen sich -0,6 kg CO₂ bzw. CO_2eq pro Tonne Holz (FM) und durch die Wärmebereitstellung -0,3 kg CO₂ bzw. CO_2eq pro Tonne Holz (FM) anrechnen. Diese Bilanz ist also negativ. Es wird mehr Kohlenstoff gebunden als an Kohlendioxid bzw. THG freigesetzt wird.

Das heißt vereinfacht?

Robert Wagner: Die Bilanz fällt in den erhältlichen Großanlagen bereits jetzt zu Gunsten der Biokohle aus.

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Vielfältiger Anwendungsbereich von Biokohle

Welche weiteren Anwendungsmöglichkeiten sehen Sie für Biokohle?

Konstantin Terytze: Biokohle wird unter anderem sehr erfolgreich in der Tierhaltung als Komponente in der Einstreu und im Futter eingesetzt. Hier zeigten sich positive Effekte bezüglich der Vitalität der Nutztiere und der Verringerung des Einsatzes von Pharmazeutika. Weitere Anwendungsmöglichkeiten finden sich bei Biogasanlagen als Zuschlagstoff, in der Lebensmittelindustrie als Zusatzstoffe und als Mittel zur Schadstoffsorption in der Umwelttechnik und wie bereits erwähnt in der Bau- und Textilindustrie. Darüber hinaus kann Biokohle bei der Sanierung von kontaminierten Böden, z. B. mit Mineralölkohlenwasserstoffe, eingesetzt werden. Ein breites Einsatzspektrum, wie Sie sehen.

Ansatz vielversprechend - aber Anpassung rechtlicher Rahmenbedingungen nötig

Und wie sieht Ihr Ausblick für das Potenzial von Biokohle aus?

Konstantin Terytze: Die Herstellung der Biokohle aus biogenen Abfallstoffen und die Nutzung der Energie als Heizwärme oder auch die Umwandlung in Strom sind sehr vielversprechend.

Außerdem gibt es in der Landwirtschaft und im Gartenbau viele emissionsrelevante Bereiche, die durch die Anwendung von Biokohle hinsichtlich der Klimabilanz verbessert werden können, mit zusätzlichen positiven Effekten, was eine Vielzahl an Untersuchungen bzw. Veröffentlichungen belegt. Wir stehen mit dieser Technologie jedoch noch ganz am Anfang. Es existieren zwar bereits Hersteller von Anlagen in verschiedenen Größen und Anwender, doch gibt es derzeit noch einige Hemmschuhe. Untersuchungen zeigten, dass beim Einsatz in der Landwirtschaft die Rentabilitätsschwelle noch weit entfernt liegt.

Robert Wagner: Daneben ist insbesondere die rechtliche Situation bzw. Rahmenbedingung für eine stoffliche Anwendung sehr restriktiv. Die Forderung nach der Verwendung von ausschließlich unbehandeltem Holz für die Herstellung der Biokohle und einem Kohlenstoffanteil in Höhe von mindestens 80 % C gemäß DüMV, Anlage 2 schränkt die verwendbaren Inputmaterialien stark ein, was wiederum auch die Wirtschaftlichkeit beeinträchtigt.

Für einen flächendeckenden Einsatz dieser Technologie ist also die Liberalisierung der rechtlichen Rahmenbedingungen notwendig. Des Weiteren muss ein stofflicher Verwertungszwang erhalten bleiben, der organisches Material vor einer einfachen energetischen Verwertung schützt. Wenn diese Voraussetzungen erfüllt werden, kann die Herstellung und Anwendung von Biokohle einen großen Beitrag zum Klimaschutz leisten.

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(ESV/bp)

Programmbereich: Umweltrecht und Umweltschutz