Interdisziplinäres Zentrum für Nachhaltige Entwicklung der Universität Göttingen. Sind kontaminierte Flächen prädestinierte Standorte für Bioenergie?
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- Victoria Pfeiffer
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1 Sind kontaminierte Flächen prädestinierte Standorte für Bioenergie? Dr. Benedikt Sauer, Prof. Dr. Hans Ruppert, Dipl.-Geow. Wiebke Fahlbusch Problemstellung Suche sinnvoller Nutzungsmöglichkeiten für lokal und regional großflächig belastete landwirtschaftliche Flächen, Bis etwa 10 % der gesamten landwirtschaftlichen Fläche (Acker und Grünland) in Deutschland sind potentiell belastet. In Niedersachsen sind geschätzt ha landwirtschaftliche Fläche in der Oker- und Innerste-Aue mit Schadelementen belastet. Beispiele: Auenbereiche, Rieselfelder, Schwermetallindustriestandorte Methoden: Anbau verschiedener potentieller Energiepflanzen im Freilandtopfversuch und auf einem Versuchsfeld Elementanalysen verschieden kontaminierter Böden (Gesamtgehalte) Extraktionsversuche an Böden (Ammoniumextrakt mobile Gehalte) Elementanalysen der Pflanzen 1
2 Freilandtopfversuch Ende August 2011 Freilandversuchsfeld Ende August
3 Übersicht über die verschiedenen Standorte mg/kg Sortiert nach steigendem Cadmiumgehalt im Boden. Rot markiert sind Gehalte über der Klärschlammverordnung. Verfügbarkeit der Schadelemente/ Schwermetalle Stark mobil und leicht pflanzenverfügbar: Cadmium, Thallium, Zink Mobil, gut pflanzenverfügbar: Kupfer, Molybdän, Nickel Eher immobil, stark gebunden im Boden, Verunreinigung des Erntegutes durch anhaftendes Bodenmaterial: Blei, Chrom(III), Titanium. Kabata-Pendias (2011) Trace elements in soils and plants 3
4 SachsenPotenziell kontaminierte Gebiete Affected are: former mining areas, river flood plains (Elbe, Zschopau, Freiberger Mulde, Zwickauer Mulde..). LfULG, Ref. Boden, Altlasten 08/2011 Potentiell kontaminierte Interdisziplinäres Zentrum Auenbereiche für Nachhaltige Entwicklung an der Oker der Universität und Göttingen Innerste im Landkreis Wolfenbüttel (Niedersachsen): 4 km Quelle: GDI-NI 4
5 Zwischenfazit Auch in unserem Land gibt es schwermetallbelastete landwirtschaftliche Flächen (potenziell bis zu 10% der landwirtschaftlichen Fläche) Zumindest die mittel- bis schwer belasteten Flächen sollten nicht mehr zur Futter- und Nahrungsmittelerzeugung genutzt werden. Welchen Weg wollen wir mit diesen Flächen gehen? Möglichkeit A: Reinigung des Bodens Technisch? Multielementbelastete Böden mittleren und schweren Grades können technisch aus ökonomischen und praktischen Gründen nicht gereinigt werden. Phytoremediation? Mit Pflanzen die viel Schadestoff entziehen den Boden über Jahre reinigen. Über wie viele Jahre? Das Erntegut für Bioenergie nutzten? 5
6 Amaranth spec Miscanthus gig Sonnenblume Salut Zottelwicke Welta Weidelgras Gisel Inkernatklee Heusers Wi-Roggen Minello Wi-Tritcale Tulus Wi-Weisen Isengrain Mais Amadeo Wi-Gerste Christelle Mais Padrino Wi-Roggen Vitallo Durchwachsene Silphie Cadmium in mg/kg TS in der Pflanze Cd in mg/kg Wie lange würde Phytoremediation des Bodens dauern? 1 ha Boden bis in 1 m tiefe wiegt: Tonnen (bei Dichte 1,5 g/cm) Der Boden am Standort Ohrum mit 12,8 mg/kg bis in 1 m Tiefe enthält also 192 kg Cadmium. Eine GPS Amarant-Ernte mit 12 t TS / ha entzieht 109,2 g Cadmium. Eine GPS Weizen-Ernte mit 15 t TS / ha entzieht 13,5 g Cadmium. In der Summe würde man von den 192 kg lediglich 0,12 kg Cadmium pro Jahr und ha entziehen. Wäre der Verlauf linear so würde es Jahr dauern um den Cadmiumgehalt auf normal zu senken. Allerdings würde im Verlauf immer weniger Cadmium entzogen, wenn im Boden weniger vorhanden ist. Bezieht man diese Überlegung mit in die Berechnung ein, so würde es wesentlich länger dauern. Cadmium ist dabei eins der mobilsten Elemente. Für z. B. Blei wurde die Phytoremediation noch wesentlich länger dauern. 6
7 Möglichkeit A: Reinigung des Bodens Technisch? Multielementbelastete Böden mittleren und schweren Grades können technisch aus ökonomischen und praktischen Gründen nicht gereinigt werden. Phytoremediation? Mit Pflanzen die viel Schadestoff entziehen den Boden über Jahre reinigen. Über wie viele Jahre? Das Erntegut für Bioenergie nutzten? Antwort: Bsp. Ohrum zeigt, dass es für mobile Elemente über Jahre dauern würde. Das Erntegut dürfte nach aktueller Düngemittelverordnung nicht vergoren werden. Möglichkeit B: Nutzung des Bodens bei minimaler Gefahr für Mensch und Umwelt: Bioenergie Mit Energiepflanzen, die möglichst wenig Schadelemente aufnehmen. 7
8 Amaranth spec Miscanthus gig Sonnenblume Salut Zottelwicke Welta Weidelgras Gisel Inkernatklee Heusers Wi-Roggen Minello Wi-Tritcale Tulus Wi-Weisen Isengrain Mais Amadeo Wi-Gerste Christelle Mais Padrino Wi-Roggen Vitallo Durchwachsene Silphie Cadmium in mg/kg TS in der Pflanze Cd in mg/kg Übersicht Schwermetallgehalte Getreide Roggen < Gerste < Weizen Cd gesamt im Boden ansteigend 8
9 Minello stärkste Anreicherung Vitallo geringere Anreicherung, Zwischen Minello und Vitallo liegt ca. der Faktor 4. Toxizität Cadmium: Bsp.: Itai-Itai-Krankheit PUBLICATION: Khaokaew et. al (2011): Speciation and Release Kinetics of Cadmium in an Alkaline Paddy Soil under Various Flooding Periods and Draining Conditions, Environ. Sci. Technol., 45(10),
10 Cd in der Pflanze mg/kg Cadmiumgehalte im Amarant vs. extrahierbares Cadmium im Boden y = 65,172x R² = 0, Eine Prognosemethode mittels 5 Bodenextraktion zu entwickeln erscheint machbar! 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 extahierbares Cd Boden mg/kg Amarant-Sorten-Screening in Straubing auf unbelastetem Boden 10
11 Weiter Nutzungsmöglichkeiten für kontaminierte landwirtschaftliche Standorte: KUP = Kurzumtriebsplantagen Cd in mg/kg Robinie Schwarz-Erle Miscanthus giganteus Pappel Max1 Weide Tordis Trögen Dorste Ohrum Schwülper Harlingerode 1 11
12 Jan. 2009: EFSA senkt duldbare wöchentliche Aufnahmemenge an Cadmium von 7 µg auf 2,5 µg pro kg Körpergewicht (= 36%!) Abschlussstatement Schadelementbelastete landwirtschaftliche Flächen bieten die große Chance mehr oder andere Flächen für die Bioenergie zu nutzen, ohne Nahrungsmittelflächen zu beanspruchen. Der zukünftige Flächenausbau der Bioenergie sollte stark auf kontaminierte Flächen fokussiert werden. Die Auswahl der Energiepflanzen und Sorten sollte aber mit großer Sorgfalt erfolgen, damit möglichst wenig Schadelemente mobilisiert werden. 12
13 Kontakt Dr. Benedikt Sauer Tel.: Wiebke Fahlbusch, Dipl.-Geow. Tel:
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