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Biokohle

Zurzeit ist die 'Biokohle' in aller Munde, und diese wird als Wunderstoff zur Steigerung und Stabilisierung der Bodenqualität angesehen. Eigene Modellversuche mit drei verschiedenen Böden ergaben, dass die Kohlen, bis auf eine Hydro-Thermal-Kohle (HTC) aus Eichenästen, recht stabil im Boden sind und dass diese dazu beitragen können, den Kohlenstoff im Boden zu sequenzieren. Die vielfach geäußerte Vorstellung, dass eine Biokohleapplikation die spezifische Adsorption von Phosphat reduziert, konnten wir in unseren Untersuchungen nicht bestätigen. Auf drei Standorten wird die Wirkung von Biokohle aus Holzhackschnitzel-Siebresten auf einer Löss-Parabraunerde in Rauischholzhausen, einem Sandboden in Groß-Gerau und einem Alluvium in Gießen in Feldversuchen geprüft. Die Versuche begannen im Frühjahr 2012 bzw. im Herbst 2012. Es hat den Anschein, dass die Biokohle die N-Effizienz zu Silomais aus der Löss-Parabraunerde zu fördern scheint, da die Erträge in den Varianten mit Biokohle über denen ohne Biokohle lagen. Auf dem Sandboden und auch auf dem Alluvium förderet die Biokohleapplikation weder von 15 noch von 30 t/ha den Ertrag von Körnermais, Winterweizen oder Sommergerste. Die Wassernutzung wurde auf dem Sandboden nicht durch Biokohle gefördert. Verbessert wurde aber die Nitratretention durch Biokohle. Um diese Mechanismen von Biokohle besser zu verstehen, untersucht Christian Koch in seiner von der Deutschen Bundesstiftung-Umwelt (DBU) geförderten Promotion, inwieweit durch verschiedene Herstellungstemperaturen die Eigenschaften von Biokohlen aus Fichtenrestholz, Landschaftspflegeheu und Nusshäutchen von Haselnuss beeinflusst werden. Erste Ergebnisse zeigen, dass die Karbonisierungstemperatur die Sorption von Huminsäuren beeinflusst. Dagegen haben die Karbonisierungstemperaturen keinen Einfluss auf die von uns durchgeführten Versuche zur Nitratretention und Kationenaustauschkapazität (= Bariumsorption).

DAS: Pflanzenkohle-Macadam-Stadtbaumsubstrate als Klimaanpassungs- und Mitigations-Strategie in deutschen städtischen Ballungsräumen

Klimakammer (Phytotron)

Die beantragte Klimakammer wird im Rahmen des vom MWFK Brandenburg seit 2009 geförderten Verbund-Forschungsvorhabens BIOBRA und zukünftiger Forschungsvorhaben eingesetzt. In BIOBRA arbeitet eine interdisziplinäre Forschergruppe von grundlagenorientierten Nachwuchswissenschaftlern/lnnen des MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam (Prof. Dr. M. Antonietti) und angewandten Wissenschaftlern/Innen der FH Eberswalde (Prof. Dr. Murach) zusammen. Durch die Verschneidung der innovativen Forschungsbereiche der hydrothermalen Karbonisierung (HTC-Forschung des Prof. Antonietti 2008 ausgezeichnet mit dem 'ERC Advanced Grant' der EU) und der Agrarholzproduktion (BMBF-Verbund-Forschungsvorhaben DENDROM des Prof. Murach 2007 in die BMBF-Hightechstrategie aufgenommen) soll der Einsatz der durch hydrothermale Karbonisierung aus Abfallstoffen gewonnenen 'Biokohle' zur Bodenverbesserung (Nährstoff- und Wasserspeicherung) degradierter Standorte und zur C-Sequestrierung am Beispiel der Agrarholzproduktion (Anbau schnellwachsender Baumarten im Kurzumtrieb) untersucht werden.Durch dieses Projekt wird die Agrarholzforschung der FH Eberswalde um einen experimentellen Ansatz erweitert, mit dem sie einen Beitrag zu den neuen, internationalen Forschungsschwerpunkten 'Biochar' / 'Black Carbon' / 'Terra Preta' leisten kann.Die Klimakammer soll Schnelltests zur Optimierung der verschiedenen Biokohlen als Bodenzusatzstoff für Pappel- und Weidenstecklingen unter standardisierten Umweltbedingungen ermöglichen.

Innovationsraum: BioBall - PYROCEM - Innovative Nutzung unterschiedlicher Biomassen zur Herstellung von pyrolysierter Pflanzenkohle als Additiv für zement-gebundene Baumaterialien, Teilprojekt D - Umsetzungsphase

Bau und Betrieb einer Biogasanlage zur gemeinsamen Vergärung von Wirtschaftsdüngern mit anschließender Aufbereitung zu Biomethan

Das Verbundvorhaben zwischen der Bioenergy Concept GmbH und des CC4E der HAW Hamburg hat zum Ziel, eine innovative Modell- und Demonstrationsanlage im Landkreis Lüneburg zu realisieren, die Wirtschaftsdünger von mehreren Landwirtschaftsbetrieben zentral zu Biogas vergärt und weiter zu Biomethan aufbereitet. Die hierfür nötige Prozesswärme wird durch den Betrieb einer Pyrolyse erzeugt. Der Einsatz ligninhaltiger Reststoffen und die Produktion von Biokohle stellen ein nachhaltiges und ökologisch zukunftsfähiges Verfahren dar. Das produzierte Biomethan soll primär im Verkehrssektor eingesetzt werden. Als potentieller Hauptabnehmer hat der Landkreis Lüneburg bereits sein Interesse bekundet, das Biomethan in der vom Landkreis betriebenen Elbfähre Bleckede - Neu Darchau und zukünftig auch im ÖPNV zu nutzen. Die als Nebenprodukt pyrolytisch erzeugte Biokohle soll zur Tierfütterung und zur Stabilisierung der Prozessbiologie im Fermenter eingesetzt werden. Sie trägt so zur Aufwertung der Gärreste und zum Humusaufbau der landwirtschaftlichen Flächen bei. Das Ziel der wissenschaftlichen Begleitung seitens der HAW ist es, die Akzeptanz zur Vergärung von Wirtschaftsdüngern zu untersuchen und ggfs. zu stärken. Für die Grundlage des dafür angestrebten Wissenstransfers in alle beteiligten Gruppen soll eine umfangreiche Ausarbeitung bestehender Forschungsergebnisse dienen. Zusätzlich wird mittels Nährstoffanalysen von Edukten und Produkten ein praxisspezifischer Kenntnisstand geschaffen, insbesondere der durch Gärung bedingten, veränderten Düngeeigenschaften von Wirtschaftsdünger. Ferner soll ein allgemeiner Leitfaden zur energetisch-stofflichen Nutzung von Wirtschaftsdüngern in Biogasanlagen geschaffen werden. Eine Bilanzierung von Treibhausgasemissionen der Demonstrationsanlage bilden die Grundlage für mögliche Erweiterungen. Das Verbundvorhabens ist auf drei Jahre vom 07/2023 - 6/2026 ausgelegt und hat ein angestrebtes Fördervolumen von 1,38 Mio €.

Optimierung urbaner Baumstandorte

Stadtbäume tragen wesentlich zur Lebensqualität in urbanen Räumen bei, sind jedoch häufig ungünstigen Bedingungen wie Bodenverdichtung und Wassermangel ausgesetzt. Ihre Lebenserwartung und Vitalität sind daher in der Stadt deutlich reduziert. Ein entscheidender Faktor für ihre Vitalität ist die Bodenbeschaffenheit. Das Forschungsprojekt „OptUrBaum“ verfolgt das Ziel, die Bodenbedingungen für Stadtbäume nachhaltig zu verbessern, um deren Vitalität und Lebensdauer zu erhöhen. Im Mittelpunkt stehen dabei die Weiterentwicklung der Bodensanierung mit Druckluftlanzen sowie die Optimierung von Baumsubstraten mit Pflanzenkohle, insbesondere im Hinblick auf Wasserspeicherung und Kapillarwirkung. Aufbauend auf den Ergebnissen des Projektes SanUrBaum werden Untersuchungen zur Druckluftlanzensanierung mit neuen Varianten durchgeführt. Darüber hinaus ist die Entwicklung einer digitalen Plattform geplant, die den Erfahrungsaustausch zwischen den Anwendern zum Einsatz der Druckluftlanze ermöglicht und langfristige Auswirkungen dokumentiert. Zur Optimierung von Baumsubstraten werden Labor- und Feldstudien hinsichtlich der Wasserspeicherfähigkeit und dem kapillaren Aufstieg durchgeführt. Ziel ist es, durch die Entwicklung standardisierter Verfahren bei der Druckluftlanzensanierung und die gezielte Anpassung der Substratmischungen die Widerstandsfähigkeit von Stadtbäumen gegenüber den Herausforderungen des urbaner Lebensräume zu erhöhen. Das Projekt leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Erhaltung und Förderung grüner, lebenswerter Städte.

Gross N transformations and N2O fluxes in biochar-amended soils

Recently, the application of biochar to soils has been discussed as a win-win-win strategy to improve soil fertility, sequester carbon, reduce greenhouse gas (GHG) emissions, and to enable CO2-negative energy production from renewable feedstock. First results suggest that biochar application affects the N transformations in the soil - The interactions between biochar and soil N transformations are still poorly understood. The aim of this project is to quantify the simultaneously occurring gross N transformations and sources of N2O fluxes in soils after biochar application. The methodology developed by C. Müller and established at the Department of Plant Ecology (15N labeling-tracing-modeling) (2-5) will be used to investigate the effect of biochar on soil N dynamics. Three 15N-tracing studies will be conducted to evaluate the short-term, intermediate and longer-term effects of biochar on N dynamics: (1) a study using 15N-labelled biochars (adapt technique for biochar); (2) a study examining intermediateterm effects in a biochar-hydrochar field study that started in April 2011 at the Dept. of Plant Ecology, and (3) a study in an European field experiment where fully randomized biochar plots were installed in 2009. The study is designed in such a way that Bachelor- and Master studies will address certain aspects in support of the main study. A process-based understanding of the soil N dynamics is key to evaluate if biochar may be a suitable global-change mitigation tool.

Pyrolyse sekundärer landwirtschaftlicher Biomassen: Datenbank zu Pflanzenkohle-Eigenschaften und agronomische Bewertung

Ziel des Projekt BC-LOOKUP ist die Erstellung einer umfangreichen Datenbank zu Eigenschaften von Pflanzenkohlen aus sekundären, landwirtschaftlichen Biomassen, die auch den Einfluss unterschiedlicher Pyrolysebedingungen und -technologien abbildet. Darauf aufbauend wird ein frei zugängliches online Klimafarming-Tool entwickelt, in dem Landwirt*innen auf Basis grundlegender Daten ihres Betriebes (bewirtschaftete Fläche, Kulturen, Anzahl Tiere) das Potential für die Herstellung von Pflanzenkohle berechnen können und Vorschläge erhalten, durch welche Maßnahmen (z.B. Feldhecken) die hierfür erforderliche Menge Biomasse erzeugt werden kann. Ferner werden die Daten für die Klima- bzw. Erdsystem-Modellierung und Forschung/Politikberatung bereitgestellt, um auf Basis von Biomassepotentialstudien den möglichen Beitrag von Pyrolyse zu nachhaltigem Ressourcenmanagement der Zukunft berechnen zu können.

Bau und Betrieb einer Biogasanlage zur gemeinsamen Vergärung von Wirtschaftsdüngern mit anschließender Aufbereitung zu Biomethan, Teilvorhaben 1: Konzeptionierung und Bau der Biogasanlage, Projektkoordination

Das Verbundvorhaben zwischen der Bioenergy Concept GmbH und des CC4E der HAW Hamburg hat zum Ziel, eine innovative Modell- und Demonstrationsanlage im Landkreis Lüneburg zu realisieren, die Wirtschaftsdünger von mehreren Landwirtschaftsbetrieben zentral zu Biogas vergärt und weiter zu Biomethan aufbereitet. Die hierfür nötige Prozesswärme wird durch den Betrieb einer Pyrolyse erzeugt. Der Einsatz ligninhaltiger Reststoffen und die Produktion von Biokohle stellen ein nachhaltiges und ökologisch zukunftsfähiges Verfahren dar. Das produzierte Biomethan soll primär im Verkehrssektor eingesetzt werden. Als potentieller Hauptabnehmer hat der Landkreis Lüneburg bereits sein Interesse bekundet, das Biomethan in der vom Landkreis betriebenen Elbfähre Bleckede - Neu Darchau und zukünftig auch im ÖPNV zu nutzen. Die als Nebenprodukt pyrolytisch erzeugte Biokohle soll zur Tierfütterung und zur Stabilisierung der Prozessbiologie im Fermenter eingesetzt werden. Sie trägt so zur Aufwertung der Gärreste und zum Humusaufbau der landwirtschaftlichen Flächen bei. Das Ziel der wissenschaftlichen Begleitung seitens der HAW ist es, die Akzeptanz zur Vergärung von Wirtschaftsdüngern zu untersuchen und ggfs. zu stärken. Für die Grundlage des dafür angestrebten Wissenstransfers in alle beteiligten Gruppen soll eine umfangreiche Ausarbeitung bestehender Forschungsergebnisse dienen. Zusätzlich wird mittels Nährstoffanalysen von Edukten und Produkten ein praxisspezifischer Kenntnisstand geschaffen, insbesondere der durch Gärung bedingten, veränderten Düngeeigenschaften von Wirtschaftsdünger. Ferner soll ein allgemeiner Leitfaden zur energetisch-stofflichen Nutzung von Wirtschaftsdüngern in Biogasanlagen geschaffen werden. Eine Bilanzierung von Treibhausgasemissionen der Demonstrationsanlage bilden die Grundlage für mögliche Erweiterungen. Das Verbundvorhabens ist auf drei Jahre vom 07/2023 - 6/2026 ausgelegt und hat ein angestrebtes Fördervolumen von 1,38 Mio €.

Rekonstruktion der Terra Preta-Genese mittels molekularer Biomarker und ihrer substanzspezifischen Stabilisotopenverhältnisse

In Amazonien dominieren nährstoffarme Oxisole und Ultisole, die nur schwer nachhaltig nutzbar sind. Innerhalb dieser Bodenlandschaft kommen allerdings aufgrund langandauernder anthropogener Nutzung durch präkolumbische Indianer tiefhumose, nachhaltig bewirtschaftbare Böden vor. Unsere bisherigen Untersuchungen belegen, dass die hohen und stabilen Humusvorräte dieser Böden maßgeblich auf pyrogenen Kohlenstoff zurückzuführen sind. Ungeklärt ist bisher die Herkunft ihrer hohen Nährstoffgehalte (bes. N, P, Ca, Mg). Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist es deshalb, durch die kleinräumige Analyse von Biomarkern und ihrer Stabilisotopenverhältnisse sowie von P-Bindungsformen Hinweise auf die Terra Preta-Genese zu bekommen. Insbesondere soll zwischen dem Eintrag menschlicher und tierischer Exkremente sowie zwischen aquatischer und terrestrischer Biomasse unterschieden werden. Von den Ergebnissen der Untersuchungen erwarte ich gezielte Aussagen über die Anreicherung der Terra Preta-Böden mit Nährstoffen sowie die Heterogenität der Eintragspfade.

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