Terra preta, eine Chance für die Bioenergieregion Bayreuth?

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1 Terra preta, eine Chance für die Bioenergieregion Bayreuth? Nachhaltige Perspektiven für die Bereiche Ressourcenmanagment, Landnutzung und Klimaschutz Daniel Fischer Martin-Luther Universität Halle-Wittenberg Design: MiSoo Kim Abt. 1

2 Klimawandel Quelle: IPCC 2

3 und seine Folgen Gewittersturm Erdrutschungen nach heftigem Niederschlag Dürre Hagelschäden Fotos: Daniel Fischer 3

4 Klimauswirkungen für Bayern Laut Klimamodellberechnungen (REMO) werden die Jahresmitteltemperaturen dramatisch ansteigen. Extremereignisse wie Starkregen, Dürreperioden und Stürme könnten ein bislang unbekanntes Ausmaß annehmen. Die Planungssicherheit der Landwirtschaft wird beeinträchtigt und ihre Produktionsrisiken maßgeblich erhöht Quelle: Klimaanpassung Bayern 2020, Studie der Uni Bayreuth & Bayerisches Landesamt für Umwelt (Hrsg.) 4

5 Terra preta 5

6 Terra Preta: 2000 Jahre altes Bodenexperiment Ferralsol Terra Preta Mineralogie Vergleichbare Textur Tonmineralgarnitur (Kaolinit) Eisen und Aluminium-Oxide Anthropogene Merkmale Tonscherben Holzkohle (z.t Jahre) Bodenfruchtbarkeit Glaser et al. (2001), Glaser (2007) TP ist nachhaltig fruchtbar Modell für eine nachhaltige Landnutzung Nährstoffe HumusgehaIt Humusstabilität Cash crops 6

7 Biokohle Baustein für Terra Preta Mikroorganismen Mineralkörper Organische Substanz Luftporen Bodenwasser Design: D. Fischer Biokohle Funktion im Boden: - physikalisch - chemisch - biologisch - Habitat für Mikroorganismen! 7

8 Was ist Biokohle??? Ursprung: Unvollständig verbranntes org. Material Hedges et al (2000), modifiziert Struktur: Kondensierte aromatische Verbindungen Schmidt & Noack (2000) 8

9 Vergleich Biomasse - Biokohle Lehmann & Rondon (2006) Biokohle ist langfristiger C-Speicher 9

10 Humus eine wertvolle Lebensgrundlage Humusgehalt von Ackerböden: 0,5-3,5 C org % Terra Preta > 10 C org % Ackerböden haben 50 % bis 75 % des ursprünglichen Humusgehalts verloren Humusakkumulation verläuft bei guter fachlicher Praxis sehr langsam: 1% mehr C org im Oberboden in Jahre

11 Biokohle und Terra preta Forschung im Fokus? Web of Knowledge Topic Search: biochar OR terra preta (Stand: Ende September 2012) z.z. exponentielles Wachstum 11

12 Presseberichte Nordbayrischer Kurier, Bayerisches landwirtschaftliches Wochenblatt, Frankenpost, Weitere Infos: 12

13 Mediales Interesse 13

14 Fischer & Glaser 2012: Synergisms between Compost and Biochar for Sustainable Soil Amelioration. In: Sunil & Bharti (Eds.), Management of Organic Waste. InTech, Chapter 10, ISBN , CC BY 3.0 license, DOI: /1382, pp Online im Internet: 14

15 Terra Preta - Schlüsselkomponenten Biokohle Nährstoffe Mikroorganismen Quelle: Fischer & Glaser

16 Anorganische Substanz Terra Preta - Konzept Organische Substanz (OS) Ca + K N P Nährstoffquellen Zuschlagsstoffe hoch Abbaubarkeit gering Asche Urin Algen Mist Tonminerale Grasschnitt Klärschlamm Bioabfälle Laub Ligninreiches Material Biokohle Mikro- Kompostierungorganis- men Labile OS Nährstoffvorrat Stabile OS KAK Boden Aggregatbildung Bodenleben WHK Modell für nachhaltiges Stoffstrom- & Ressourcenmanagment Pflanzenbiomasse Quelle: Fischer & Glaser

17 Kompost Organische Substanz Biokohle Langzeitstabilität Habitat & Nahrungsquelle für Biota Bodenverbesserung Wasser- und Nährstoffnutzungseffizienz Habitat Hygienisierung Dünger Höhere Biomasseerträge Synergie-Effekte 17

18 Ausgangsmaterial Versuchsaufbau Grünschnitt Verunreinigungen Endprodukt Streu Pferdemist Aussortierung Biokohle Hinzugabe Bioabfälle Homogenisierung Kompostierung/ Fermentation Klärschlamm Urin Siebrückstände Lehmiger Sand Holzasche Reifer Kompost min. / max. Biokohlemenge Zeitpunkt der Biokohlezugabe Kompostierung vs Fermentation Bedeutung der org. Ausgangsstoffe 18

19 Projektstandorte BINDLACHER BERG Bindlacher Berg Eckersdorf Bayreuth Quelle: openstreetmap contributors openstreetmap.org 19

20 Kompostierungsversuche Praktische Umsetzung des Terra preta Konzepts dezentrale Abfallbehandlung and intelligentes Siebung von Grünschnitt Stoffstrommanagment Herstellung von Humussubstraten mit Terra preta ähnlichen Eigenschaften Komposthaufenumsetzung Vergleich verschiedener organischer Ausgangsstoffe und Biokohle Mischungsverhältnisse Untersuchung der Kohlenstoffstabilität und -dynamik (C Sequestrierungspotential) Physikochemische Charakterisierung der Produkte Biokohle Material (Vorteile für die Bodenverbesserung) 20

21 A-Serie B-Serie KAINDORF D-Serie Foto: Sonnenerde GmbH Foto: Sonnenerde GmbH Foto: Sonnenerde GmbH C-Serie E-Serie BAYREUTH BINDLACH Foto: D. Fischer Foto: D. Fischer 21

22 Feldversuch im ökologischen Landbau Oberfranken, Bioenergieregion Bayreuth Beginn im August m², 10 Varianten in 5-facher Wdh. auf insgesamt 50 Versuchsparzellen Einarbeitung der Versuchssubstrate Anlage als lat. Rechteck, faktorielles Versuchsdesign mit 2 Faktorstufen (hohe und geringe Applikationsmengen) Ziel: Untersuchung der Potentiale von Kompost, Biokohle und Mischsubstraten für die langfristige C Sequestrierung and nachhaltige Bodenverbesserung unter ökologischen Anbaubedingungen 22

23 Feldforschungsarbeit (1) Untersuchung des Bodentyps und der Bodenhorizonte (2) Charakterisierung folgender Bodenparameter: Bodenansprache - physikalisch (Albedo Effekt, max. Wasserhaltekapazität ) - chemisch (Humusmenge/-qualität, Nährstoffe, ph, elektr. Leitfähigkeit) - biologisch (Respiration, mikrobielle Biomasse ) Bodentyp: Braunerde Interdisziplinärer Forschungsansatz 23

24 Feldforschungsarbeit (3) Ertragserhebungen: - Biomasse - Kornertrag - Pflanzenhöhe Maisbestand Mais-Ernte Häckseln und Probengewinnung Mais-Biomasse Wiegen 24

25 Ergebnisse: Stabilitätseigenschaften Polymerisation, Kondensation & Aromatizität Inkohlungsgrad Stabilität Reaktivität Je mehr Biokohle mitkompostiert wurde, desto stabiler sind die Endsubstrate Stabilität nimmt in folgender Reihenfolge zu: Kompost v Biokohle-Kompost v Biokohle Polarität 25

26 Ergebnisse: Massenbilanzierung Biochar generation Biochar addition 26 26

27 Fazit Stoffstrom- & Ressourcenmanagment Klimaschutz Bodenverbesserung Terra Preta Technologie Energieproduktion Landnutzung 27

28 Projektpartner Finanzierung Wissenschaft IAEW, Landwirtschaft / Ökoregion Kompostierung Biokohle Herstellung BINDLACHER BERG 28

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksmankeit ************************************* Dipl.-Ing. Daniel Fischer Martin-Luther Universität Halle-Wittenberg Foto: Lammel, Nordbayrischer Kurier, von-seckendorff-platz 3, Halle Tel: ************************************* 29