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 €.
Im Projekt HUMAX sollen verschiedene Maßnahmen zum Humusaufbau in unterschiedlichen Kombinationen auf Ackerflächen untersucht werden. Ein Alleinstellungsmerkmal des Projektes HUMAX ist es, dass diese Maßnahmen in Kombination mit Agri-Photovoltaik-Anlagen und Agroforstsystemen angewendet werden sollen. Ziel ist es, mögliche Synergien der Maßnahmen zu identifizieren und kombinierte Anwendungsoptionen aufzuzeigen. Das innovative Potenzial des Projektes HUMAX liegt darin, dass etablierte Maßnahmen des Humusaufbaus (Zwischenfrüchte, Winterbegrünung, Untersaaten, Kompostapplikation, u.a.) mit vielversprechenden Maßnahmen wie Pflanzenkohle, u.a. kombiniert und getestet werden sollen. Die Verbindung mit Agroforstsystemen eröffnet dabei, neben dem Humusaufbau, weitere Potenziale als Kohlenstoffsenke, da die Bäume und Sträucher Kohlenstoff in der ober- und unterirdischen Biomasse speichern und darüber hinaus noch ein großes Substitutionspotenzial durch die Holzprodukte und das beim Management der Gehölze anfallende Material mit sich bringen. Dieses soll genau quantifiziert werden um auf diese Weise nicht nur Aussagen über die gesamte Kohlenstoffspeicherung im Boden und der Biomasse treffen zu können, sondern auch die Substitutionseffekte und Biomassepotentiale für die Pflanzenkohleproduktion durch Pyrolyse quantifizieren zu können. Durch die Kombinationen der verschiedenen humusaufbauenden Maßnahmen sollen Wege gefunden werden, den Humusaufbau und damit die Kohlenstoffbindung, d.h. die Funktion des Bodens als C-Senke zu maximieren. Darauf aufbauend soll ein modulares System entwickelt werden, das es Landwirt*innen erlaubt, die für ihre Rahmenbedingungen bestmögliche Maßnahmenkombination für ein gezieltes Kohlenstoff- und Humusmanagement und für die Energieerzeugung mittels Agri-Photovoltaik in ihrem Betrieb zusammenzustellen.
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.
Projektförderung Das Vorhaben “Umsetzung einer klimaverträglichen Biomasseverwertung” wird im Berliner Programm für Nachhaltige Entwicklung (BENE) gefördert aus Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung und des Landes Berlin (Förderkennzeichen 1161-B5-0). Die aktuelle einfache Kompostierung von Grünabfällen aus Berlin (maßgeblich Straßenlaub der BSR und Mähgut der Grünflächenpflege) weist trotz Nutzen des Kompostes deutliche Emissionen an Treibhausgasen auf, rd. 7.600 Mg CO 2 -Äq. pro Jahr, zudem geht der Energieinhalt dieser Abfälle verloren. In dem vom Berliner Abgeordnetenhaus beschlossenen Abfallwirtschaftskonzept 2020 bis 2030 werden diese Treibhausgas-Emissionen aus der bisherigen Einfachkompostierung angesprochen und zum Fazit geführt: „Die Behandlung von Berliner Grasschnitt- und Laubabfällen in solchen Einfachkompostierungsanlagen ist daher bis Ende 2022 zu beenden.” Auch das Berliner Energie- und Klimaschutzprogramm des Landes Berlin fordert, diese Abfälle vollständig einer höherwertigen Verwertung zuzuführen. In den vorhergehenden Jahren wurden von der Senatsumweltverwaltung verschiedene technische Möglichkeiten dieser höherwertigen Verwertung untersucht. Für die höherwertige, klimaentlastende Verwertung der genannten Grünabfälle wurden die Vergärung, die direkte Verbrennung, die Aufbereitung in Hausmüll-Behandlungsanlagen und die Hydrothermale Karbonisierung (HTC) untersucht. Teils aus verfahrenstechnischen, teils aus Kostengründen konnte sich bislang keines dieser Verfahren durchsetzen. Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurde der Weg untersucht, die Grünreste über ein mechanisches Pressverfahren zu Brennstoff aufzubereiten und diesen dann in bestehenden Kraftwerken als Kohleersatz einzusetzen. Dazu wurden in einer bereits bestehenden Aufbereitungsanlage der Firma florafuel AG für Laub und Gras in der Nähe von München große Mengen an Brennstoff produziert und für großtechnische Verbrennungsversuche in Berlin eingesetzt. In dieser Aufbereitung werden die Grünreste zunächst zerkleinert und dann gewaschen, um Inertstoffe und verbrennungsschädliches Chlor und Kalium auszutragen. Danach wird der Faserschlamm mechanisch entwässert, nachfolgend getrocknet und zu Pellets oder Briketts verpresst. Dieser Brennstoff ist in seinen physikalisch/chemischen Eigenschaften regulären Holzbrennstoffen sehr ähnlich. Die Aufbereitung selbst arbeitet nach langjähriger Betriebserfahrung weitgehend sicher. Daher soll in Berlin eine erste Demonstrationsanlage von rd. 12.000 Mg/a Durchsatz errichtet werden. Im Projekt war die sehr wichtige Frage zu klären, ob der erzeugte Brennstoff in bestehenden Berliner Kraftwerken verarbeitbar ist und dabei klimabelastende Kohle ersetzen kann. Dazu wurden in den Kohle-Kraftwerken der BTB, von Vattenfall und im Fernheizwerk Neukölln insgesamt über 150 Mg aufbereiteten Brennstoffs testweise verbrannt, in verschiedenen Feuerungsverfahren (Wanderrost und Wirbelschicht). Die Ergebnisse der Verbrennungs-Großversuche zeigen, dass sich die Grünrest-Brennstoffe zwar nicht allein, aber in Mischung mit anderen Brennstoffen in beiden Feuerungsverfahren gut verbrennen lassen. Das in den Versuchen begleitend aufgezeichnete Emissionsverhalten einer solchen Mischung erwies sich als unproblematisch. Allerdings neigt der Brennstoff bei mehrfachen Umlade- und Abwurfvorgängen zu relevanten Staubentwicklungen. Dies konnte durch die geänderte Brennstoff-Konfektionierung zwar deutlich reduziert werden, bildet aber eine noch weiter zu lösende Aufgabe. Die weitere Prüfung – eben auch über möglichst bald durchzuführende weitere Versuche – als Grundlage einer zugesagten Dauerabnahme der Bio-Brennstoffe wird durch die EVU, gerade auch im Hinblick auf zukünftige Standortkonzepte im Kontext Kohleausstieg fortgesetzt. Die Abnahme des Brennstoffs zunächst aus der Demonstrationsanlage ist die zentrale Voraussetzung für die erzielbare hohe Treibhausgas-Entlastung: Durch die Umlenkung aus der Kompostierung in diese energetische Verwertung kann eine spezifische THG-Reduzierung von rd. -460 kg CO 2 -Äq/Mg erreicht werden. Für die Gesamtmenge von rd. 102.000 Mg/a an Laub und Mähgut wäre damit eine jährliche THG-Entlastung von rd. -47.000 Mg CO 2 -Äq erzielbar. Das ist einerseits im Bereich der Abfallwirtschaft Berlins eine im Vergleich sehr hohe absolute Klima-Entlastung, andererseits liegt der spezifische Preis für die THG-Minderung im Bereich von 40 €/Mg CO 2 -Äq und damit im unteren Bereich alternativer Reduktionsmaßnahmen. Im Verlauf des Projektes ergab sich im Austausch mit dem CarboTip-Projekt (FU Berlin) eine ergänzende vorteilhafte Verwertungsmethode: Aufbereitete Mengen aus Laub und Mähgut werden zur pyrolytischen Erzeugung von Pflanzenkohle (langfristige Bindung des Kohlenstoffes im Boden) und Pyrolysegas als Erdgasersatz verwendet. Der Klimaeffekt ist ähnlich positiv wie beim Ersatz von Kohle im Kraftwerk, die CO 2 -Reduktionskosten sind ähnlich günstig.
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.