72. Symposium 2011

Potential and Constraints of Biochar for Carbon Sequestration and Soil Improvement
von Prof. Dr. Bruno Glaser

Current mitigation efforts of global climate change such as Carbon Capture and Storage (CCS) and land use change (especially no tillage agriculture, desertification control and agriculture to pasture conversion) are ineffective in reducing anthropogenic CO2 emissions. New promising techniques do not only remove atmospheric CO2 but also use it (Carbon Capture and Use, CCU). Such techniques comprise use of solid carbon (biochar) for soil improvement. The existence of intensively used anthropogenic soils in central Amazonia (terra preta) proves that this is principally possible in the long term (for millennia).


Biokohle in der Landwirtschaft - Potenzial und mögliche Einschränkungen beim Einsatz als Bodenverbesserer und zur Kohlenstoffsequestrierung
von Dr. Mirjam Helfrich, Nina Eibisch, Prof. Dr. Heiner Flessa

Es gibt verschiedene, sich oftmals ergänzende Motive für den Einsatz von Biokohle (verkohltes rezentes organisches Material). Zu ihnen gehören (i) Strategien gegen den Klimawandel, (ii) die Energieproduktion, (iii) die Bodenverbesserung und (iv) die Abfallentsorgung (Abb. 1; Lehmann und Joseph, 2009), wobei hier die Anwendungsgebiete "Strategien gegen den Klimawandel" und "Bodenverbesserung" im Mittelpunkt stehen sollen. Die Idee zur Nutzung von Biokohle als Bodenverbesserer entspringt der Entdeckung der so genannten "Indianer Schwarzerden" (Terra Preta) im brasilianischen Amazonasgebiet.


DÜNGEMITTELRECHTLICHE ASPEKTE DES EINSATZES VON BIOKOHLE IN BÖDEN
von Hans-Walter Schneichel

Das Düngemittelrecht stellt die letzte "filternde Einheit" vor dem Boden dar. Neben der Ernährung von Nutzpflanzen sind die Bodenfruchtbarkeit und die Vorsorge im Hinblick auf die Abwehr von Gefahren für die Gesundheit von Menschen und Tieren sowie für den Naturhaushalt wesentliche Ziele des Düngemittelrechts. Stoffe, die mit der Zweckbestimmung als Düngemittel, Bodenhilfsstoff oder Kultursubstrat in den Verkehr gebracht und angewandt werden sollen, müssen zugelassen sein. Die Zulassung kann auf EU-Ebene oder nach nationalem Recht erfolgen.


BIOCHAR ADDITIONS TO SOILS: EXPECTED EFFECTS AND PRELIMINARY RESULTS OF FIELD EXPERIMENTS IN THE NETHERLANDS
von Romke Postma, Laura van Schöll, Kor Zwart, Derk van Balen, Wim Bussink

Organic matter plays an important role in the maintenance of various soil quality aspects, e.g. the capacity to adsorb water and nutrients, the nutrient supply by mineralization, the stabilization of soil aggregates, etc. Due to global warming and EU restrictions on the application rates of animal manure there is a risk of an undesired decline in organic matter contents in agricultural soils. Although such risk seems to be relatively low in the Netherlands (Reijneveld et al., 2009), it is of importance to explore management strategies that may contribute to the maintenance of organic matter contents.


STABILITÄT UNTERSCHIEDLICH AUFBEREITETER BIOMASSE — STABILITY OF DIFFERENTLY TREATED BIOMASS
von Prof. Dr. Rainer Wallmann, Christine Ahlborn

In den letzten 200 Jahren fand eine Anreicherung von Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre um 35 % durch die Verlagerung von Kohlenstoff aus dem Festkörper der Erde statt (IPCC, 2007). Ebenfalls reicherten sich Treibhausgase wie Methan und Lachgas in der Atmosphäre an. Dies führt über eine Erhöhung der Temperatur zu einem Klimawandel auf der Erde. Um diesen und die damit verbundenen Folgen möglichst gering zu halten, müssen emissionsmindernde und die Anreicherung der Treibhausgase reduzierende Maßnahmen getroffen werden.


ÖKOLOGISCHE BEWERTUNG VERSCHIEDENER PFLANZENKOHLENUTZUNGSPFADE
von Dipl.-Wi.-Ing. Jan-Markus Rödger, Jim Hammond, Prof. Dr.-Ing. Achim Loewen, Dr. Simon Shackley

Im Rahmen des Interreg-Projektes: "Biochar: Climate saving soils" soll der komplette Lebenszyklus (LCA) der Pflanzenkohle auf dessen Umwelteinfluss bewertet werden. Hierzu ist, unter Berücksichtigung der regionalen und technischen Unterschiede ein Modell zu entwickeln. Zukünftig wird die Modellierung auf ökonomische und soziale Effekte ausgeweitet.


BIOCHARPRODUCTION: BASICS, FACILITIES AND POTENTIALS
von Prof. Dr. Winfried Sehn

The paper gives an overview of different ways of charcoal production with growing complexity. It starts mentioning charcoal pits that were used here in the past and that are still used now in weakly industrialized countries. It continues with the description of retort pits, which are developed in present and it deals with several methods of pyrolysis that could have a chance in future like thermal converters and flash pyrolyses.


PYROLYSETECHNIK ZUR KLÄRSCHLAMMBEHANDLUNG
von Dr.-Ing. Uwe Neumann

Die Pyrolyse als thermisches Verfahren für die Entsorgung von Klärschlamm wurde von der Firma EISENMANN erstmalig im Jahr 2005 in Südtirol in Form des PYROBUSTORS® erfolgreich umgesetzt. Eine zweite PYROBUSTORS® -Anlage wurde 2007 für die KSV GmbH der Stadtwerke Crailsheim errichtet. Durch diese beiden Anlagen konnte eindruckvoll bewiesen werden, dass die Klärschlammpyrolyse ein stabil arbeitendes und wirtschaftlich darstellbares Verfahren ist.


PFLANZENKOHLEHERSTELLUNG IM PYREG-VERFAHREN
von Helmut Gerber

Klimawandel und Bevölkerungswachstum führen zu stetig steigendem Druck auf natürliche Ressourcen (Boden, Pflanzennährstoffe, Biomasse). Daher werden künftig dringend Konzepte zur nachhaltigen integrierten Ressourcennutzung und Energieerzeugung benötigt. Da die Biosphäre durch zivilisationsbedingte Infrastrukturmaßnahmen sowie durch die Nahrungsmittel- und Holzproduktion schon sehr stark beansprucht wird, ist die Ausweitung land- und forstwirtschaftlicher Aktivitäten zur Energieerzeugung nicht unbegrenzt möglich. Langfristig sinnvoll sind daher Verfahren, die vorhandene Abfallbiomasseströme klimaschonend energetisch nutzen können.


ANGEPASSTE PYROLYSE-TECHNOLOGIE - FÜR ENTWICKLUNGS UND SCHWELLENLÄNDER.
von Christoph Adam, Juraj Ladomersky, Associate Professor Emilia Hroncova

Biochar aus Biomasse herzustellen, erfordert entweder komplexe und teure industrielle Anlagen und Installationen, oder es wird auf die traditionelle Holzkohleherstellung zurückgegriffen, diese haben jedoch den Nachteil, dass große Mengen unverbrannter schädlicher Abgase in die Atmosphäre abgegeben werden mit hohem unverbrannten Methananteil. Die Entwicklung und der Einsatz der "adam-retort" ermöglicht nun eine Pyrolyse auf einfachem Niveau umweltfreundlicher vorzunehmen, mit dem sauberen Abbrand der Holzgase.


HTC-PROJEKT KLÄRANLAGE KAISERSLAUTERN, TERRANOVA ENERGY GMBH
von Dipl. Ing. Marc Buttmann

Die europaweit erste HTC Anlage im industriellen Maßstab zur Herstellung von Biokohle aus Klärschlamm wird seit April 2010 auf der Kläranlage Kaiserslautern betrieben. Es werden die Vorteile des angewandten Verfahrens sowie die Messdaten des Anlagenbetriebs bzgl. Masse- und Energiebilanzen erläutert. Weiterhin werden typische Kenndaten der produzierten Biokohle aufgezeigt.


TERRA PRETA — CHANCE FÜR EINE NACHHALTIGE LANDWIRTSCHAFT?
von Dr. Haiko Pieplow, Dr. Robert Wagner

Der Boden ist einer der bedeutendsten Kohlenstoffspeicher der Erde, der durch den Klimawandel und eine nicht nachhaltige Bewirtschaftung zunehmend beeinträchtigt wird. Aufbauend auf den Erkenntnissen der Erforschung der Terra Preta de Indio im Amazonas sollten innovative Verfahren zur Anreicherung und langfristigen Speicherung von Kohlenstoff im Boden entwickelt werden, die den Einstieg in eine nachhaltige Landwirtschaft ermöglichen. Der Aufbau eines regionalen Stoffstrommanagements, mit dem kostengünstig die dafür erforderlichen Ausgangsmaterialien, insbesondere für die Produktion der benötigten Biokohle bereitgestellt werden können, ist dafür eine wichtige Voraussetzung.


TECHNOLOGIE ZUR HYDROTHERMALEN CARBONISIERUNG FÜR DEN DEZENTRALEN EINSATZ, SOWIE FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
von Michael Diestel

Die Firma Artec Biotechnologie GmbH ist ein Gemeinschaftsunternehmen aus der Landwirtschaft (Bayerischer Bauernverband, Maschinenring) und eines Maschinenbaubetriebs (Renergie Systeme GmbH&Co.KG) mit Arbeitsschwerpunkt in den erneuerbaren Energien.


HTC AND BIOMASS IN GLOBAL CYCLES: ENERGY GENERATION OR CARBON SEQUESTRATION
von Prof. Dr. Markus Antonietti, Maria Magdalene Titirici

Low value biomass, e.g. from wastestream or agricultural side products, is a potentially very valuable raw material source. For that, the process of hydrothermal carbonization can be used as a material and energetic densification, but also unification technology. As the resulting products bind carbon from natural, regrowing resources, they potentially influence the CO2-balance sheet in a negative fashion. It will be discussed how such novel usage cascades can contribute to energy/materials generation or CO2-sequestration schemes.


HTC-VERFAHREN DER SCHLITT GMBH & CO. KG
von Rainer Schlitt, Prof. Dr. Fritz Richarts

Im Jahre 2006 wurden von der Fa. Schlitt erste HTC-Versuche durchgeführt. Das HTC-Verfahren wurde ab 2007 in Zusammenarbeit mit der damaligen FH-Giessen- Friedberg (jetzt THM Technische Hochschule Mittelhessen) soweit entwickelt, dass mit Förderung der DBU ein erster großtechnischer Reaktor installiert und betrieben werden konnte. Dieser ging im 4. Quartal 2009 in Betrieb. Mit ihm wurden zahlreiche Carbonisierungsversuche durchgeführt. Bei einigen parallel durchgeführten Laboruntersuchungen wurde das Wärmeträgermedium Heißwasser durch Hochdruckdampf ersetzt und die Machbarkeit der Biomassecarbonisierung in einer Dampfatmosphäre (anstelle einer wässrigen Umgebung) bestätigt.


GROSSTECHNISCHE ERZEUGUNG UND NUTZUNG VON TERRA PRETA
von Alfons-E. Krieger, Joachim Böttcher, Dr. Markus Dotterweich

Seit September 2010 wird in Rheinland-Pfalz großtechnisch die Palaterra (Pfälzer- Erde) nach dem Vorbild der Terra Preta do indio mit Erfolg hergestellt. Es lassen sich ähnlich wie bei der Kompostierung eine Vielzahl von kommunalen, land- und forstwirtschaftlichen Abfällen und Reststoffe für die Herstellung verwenden. Die Firma Palaterra hat ein eingehaustes geschlossenes Boxenmietensystem entwickelt, dass ganzjährig in einem mehrstufigen Verfahren mit milchsaurer Fermentation und Intensivrotte die Palaterra herstellt. Je nach Verwendungszweck stellt die Firma Palaterra vier verschiedene Produkte (Kultursubstrat, Bodenverbesserungsmittel, organischer Dünger oder Fermentationsstarter) ohne die Verwendung von Torf her.


KLIMASCHUTZ DURCH BIOMASSENUTZUNG - STRATEGIEN DER BUNDESREGIERUNG
von Katherina Reiche

Die Bundesregierung hat in ihrem Energiekonzept im Jahre 2010 - auf der Grundlage der Vorgaben des Koalitionsvertrages - ehrgeizige Ziele zur Minderung der Treibhausgasemissionen beschlossen. Wir wollen die klimaschädlichen Emissionen bis 2020 um 40% gegenüber dem Basisjahr 1990 senken. Entsprechend der Zielsetzung der Industriestaaten möchten wir die Treibhausgasemissionen im Energiesektor bis 2050 um mindestens 80% senken.


KLÄRSCHLAMM ALS NÄHRSTOFF- UND BIOMASSETRÄGER
von Prof. Dr.-Ing. Norbert Dichtl, PD Dr.-Ing. Thomas Dockhorn

Vor dem Hintergrund des Paradigmenwechsels in der Abfallwirtschaft "weg von der Beseitigung, hin zum Recycling" werden die Potenziale der Klärschlammnutzung aufgezeigt und diskutiert. Klärschlämme entstehen zwangsweise bei der mechanisch- biologischen Abwasserreinigung und sind somit die Senke aller im Abwasser enthaltenen Substanzen. Von besonderem Interesse sind hierbei die organischen Verbindungen, die durch geeignete Verfahrenstechniken in Biogas umgesetzt werden können und somit einer hochwertigen Nutzung zur Verfügung stehen.


CHANCEN UND RISIKEN VON BIOKOHLE — FORSCHUNGSSTAND AN DER JUSTUS-LIEBIG-UNIVERSITÄT GIEßEN
von Prof. Dr. Claudia Kammann, Mi-Kyung Ha, Sonja Schimmelpfennig, Michael Kurtz, Mo Bai

Als 2008 am Interdisziplinären Forschungszentrum (IFZ) der Justus-Liebig- Universität Gießen (JLU) mit der Biokohle-Forschung begonnen wurde, war das Thema Biokohle1 in Deutschland wenig bekannt (vgl. Glaser et al., 2001). Seither hat es eine damals kaum vorhersehbare Expansion erfahren. Dies liegt wahrscheinlich an der sehr realen Bedrohung durch den Klimawandel, der global immer spürbarer wird; an den faszinierenden, aber oft noch theoretischen Chancen, die Biokohle bietet, um unser Leben und unsere (Wert-)Stoffströme nachhaltiger zu gestalten; und vielleicht auch an der schönen Geschichte von der Terra Preta. Im Vortrag wie auch im nachfolgenden Text wird ein Querschnitt durch den aktuellen Wissensstand gegeben sowie erste Forschungsergebnisse vorgestellt.


BIOCHAR AND SOIL C AND N DYNAMICS - EFFECT OF PYROLYSIS TECHNOLOGY AND TEMPERATURE SETTINGS
von Esben Bruun, Henrik Hauggaard-Nielsen

Using data from incubation studies the effect of slow and fast pyrolysis on the chemical characteristics of biochar and the impact on C and N dynamics after soil incorporation was compared. Biochar was produced from wheat straw by slow pyrolysis (SP) at 525°C and by fast pyrolysis (FP) at five reactor temperatures (475- 575°C) using a Pyrolysis Centrifuge Reactor (PCR). After 115 days soil incubation 3- 12% of the added biochar-C had been emitted as CO2. The lowest cumulative emission (3%) was observed in the treatments with SP-biochar and high-temperature FP-biochar (575°C), whereas the highest emissions occurred in soil amended with low-temperature FP-biochars (475°C).


HTC-BIOKOHLE AUS ORGANISCHEN ABFÄLLEN
von Professor Dr.-Ing. Hans-Günter Ramke

Die meisten organischen Abfälle sind gut hydrothermal carbonisierbar. Insbesondere Abfälle und landwirtschaftliche Reststoffe mit einem hohen Wassergehalt bieten sich für die Konversion mittels der HTC an. Die HTC-Biokohlen sind hinsichtlich ihrer Elementgehalte und Brennwerte braunkohleartig und können deshalb energetisch genutzt werden. Ein besonderer Vorteil der HTC besteht dabei in der guten Entwässerbarkeit der HTC-Biokohlen.


STELLENWERT DER BIOKOHLE IM RAHMEN DER ENTWICKLUNGSHILFE PROJEKTBERICHT AUS GHANA
von Felix Jenny

Die Abokobi Society Switzerland (ASS) ist eine kleine schweizerische Entwicklungshilfeorganisation. Sie unterstützt in Ghana seit nahezu 40 Jahren Kleinund Subsistenzbauern sowie deren Organisationen wie Farmers Unions oder Rural Womans Associations. Dies mit dem Ziel, die landwirtschaftliche Produktion zu steigern und gleichzeitig das Selbstwertgefühl der Landbevölkerung zu stärken.


LABILE CARBON FRACTIONS OF DIFFERENT BIOCHAR TYPES AND THE EFFECT OF BIOCHAR ON THE NITROGEN CYCLE
von Victoria Nelissen, Dries Huygens, Tobias Rütting, Greet Ruysschaert, Jason Cook

One of the gaps in biochar research is the understanding of biochar's short and longer term interactions with the nitrogen cycle, which will inevitably affect crop yields. Some potential effects of biochar on the N-cycle are linked with 1) mineralization of soil organic matter, 2) abiotic N-immobilization due to biochar's charge and high surface area and 3) biotic N-immobilization during respiration of the labile carbon fraction of biochar.


PERSPEKTIVEN ZUR DEFINITION STANDORTTYPISCHER HUMUSGEHALTE IN BÖDEN
von Dr. Oliver Bens

Der Humusgehalt von Böden bestimmt wesentlich die Eigenschaften von Prozessen in Böden, die für die Aufrechterhaltung der natürlichen Bodenfunktionen relevant sind. Gleichzeitig sind Humusgehalt und Humusqualität eines Bodens Ergebnis aus Standorteigenschaften und der Nutzung durch den Menschen. Sowohl aus Gründen des Bodenschutzes, als auch im Rahmen der aktuellen Klimadebatte sind der Humus und die Kohlenstoffvorräte der Böden von wissenschaftlichem Interesse. In dem Beitrag wird der Stand des Wissens zur Humusversorgung von Böden eruiert und sowohl die bestehenden rechtlichen Regelungen als auch die land- und forstwirtschaftliche Praxis zum Schutz der organischen Substanz in Deutschland werden beleuchtet.

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