Biokohle: Topfversuch mit Phacelia

Transkript

1 Biokohle: Topfversuch mit Phacelia

2 timetable coal charcoal pyrochar biochar technology of pyrolysis effects of biochar in the soil Versuchsaufbau, Versuchsreihen Resultate Interpretationen Anna Schaffner outlook Weitere Versuche

3 fossil Kohle nachwachsend Rohstoff Verfahren Steinkohle Braunkohle Holzkohle Holz offene Pyrolyse (1) Reststoffe wässrig HTC-Kohle HTC (2) Pyrokohle Reststoffe kontrollierte Pyrolyse (3) geschlossene Biokohle Reststoffe Pyrolyse (4) nachhaltig produziert und im Boden angewendet (1) offene Pyrolyse: Kohlenmeiler hohe Abgasbelastung und schlechte Energieeffizienz (2) HTC = hydrothermale Karbonisierung, 20bar, 200 C, wässrige Kohle mit vielen organischen Verbindungen (3) kontrollierte Pyrolyse: Abgase werden verbrannt, z.b. TLUD-Prinzip (4) geschlossene Pyrolyse: kontrollierte Pyrolyse mit Wärmerückgewinnung und Temperaturüberwachung

4 Biokohle im Amazonas: Terra preta Fotos: Bruno Glaser Anthrosol (terra preta) und Ferralsol in Amazonien, Fundorte unweit voneinander entfernt

5 timetable coal charcoal pyrochar biochar technology of pyrolysis effects of biochar in the soil Versuchsaufbau, Versuchsreihen Resultate Interpretationen Anna Schaffner outlook Weitere Versuche

6 technology of pyrolysis (1/4) process thermal decomposition of high-molecular organic compounds to burnable gas (CO, CH 4, H 2, tar) and charcoal without oxygen at a temperature of about 500 C technical unit of Pyreg GmbH, DE 1. reactor with feeder 2. gas burner (FLOX ) 3. heat recuperator (no need of external energy, net heat production)

7 technology of pyrolysis (2/4)

8 technology of pyrolysis (3/4) lowtech: principle TLUD (Top Lit Up-Draft)

9 technology of pyrolysis (4/4) + advantages - disadvantages + fast and clean inertization of biomass no GHG-emissions + 99% retention of the minerals (potash) closing nutrient cycle + separation of gas release and burning no bed ash, no air pol. + production of biochar potential of soil improvement + production of biochar carbon sink + net heat production saving energy - only 50% of the energy content is exploited - quite expensive hightech unit - no long term experience

10 timetable coal charcoal pyrochar biochar technology of pyrolysis effects of biochar in the soil Versuchsaufbau, Versuchsreihen Resultate Interpretationen Anna Schaffner outlook Weitere Versuche

11 effects of biochar in the soil (1/5) Biokohle Schwamm für Nährstoffe und Wasser: hoch porös, hohe innere Oberfläche bis 300 m 2 /g hohe Kationen- und Anionenaustauschkapazität Strukturgeber: Kohle-Humus-Mikroben-Komplexe

12 effects of biochar in the soil (2/5) Brady and Weil, 2008 Minimumgesetz (Sprengel/Liebig, 1828) Optimumgesetz(Liebscher, 1895)

13 positive effects of biochar (3/5) Wasserspeicherung: Die Wasserrückhaltekapazität der Böden (WHC) steigt mit zunehmendem Kohleanteil; Nährstoffgehalt: Der Bodengehalt an Phosphor (P) steigt durch den Mineralstoffgehalt der Kohle an; Nährstoffspeicherung: Die Kationenaustauschkapazität (KAK) wird durch Zugabe von Kohle massiv verbessert (bis Faktor 20); Nährstoffauswaschung: Durch die Zugabe von Kohle kann die Auswaschung (leaching) von Ammonium und Magnesium deutlich verringert werden; Boden-pH: Bei einem ph unter 5.5 sinkt die Verfügbarkeit von Nährstoffen und Schwermetalle werden mobilisiert. Kohle im Boden wirkt als Puffer und erhöht den Boden-pH.

14 positive effects of biochar (4/5) Bodenfauna & Mykorrhizen: Zuwachs von Mikroorganismen und der Symbiosen mit Wurzelpilzen, welche um die Mikroporen der Kohle ansiedeln Erhöhung der Nährstoffverfügbarkeit; Entgiftung: Adsorption toxischer Stoffe wie Schwermetalle, Nitrite und Pestizide durch die Kohle; Bodendurchlüftung: Höhere Bodendurchlüftung und somit deutliche Reduktion der Methan- und Lachgasemissionen (Klimagase) insbesondere in verdichtungsgefährdeten Böden; Globales CO 2 -Einlagerungspotenzial: mindestens 500 Millionen Tonnen Kohle pro Jahr (ca. 6% des heutigen anthropogenen CO 2 -Ausstosses).

15 Globales CO 2 -Einlagerungspotenzial *Gt C = eine Milliarde Tonne Kohlenstoff anthropogener Kohlenstoffausstoss: 8.6 Milliarden Tonnen pro Jahr Quelle:

16 negative effects of biochar? (5/5) Verringerung der Albedo: die schwarze Färbung der Kohle erhöht die Absorption der Sonnenstrahlung = Erhöhung der Bodentemperatur häufig ein Vorteil und z.t. durch erhöhtes Bodenwasser gedämpft; Abbau von Huminstoffen: aktivierte Bodenfauna könnte einen beschleunigten Humusabbau auslösen bei sehr aridem oder kaltem Klima plausibel, in CH-Klima eher das Gegenteil beobachtet; Kohlestaub in Luft und im Grundwasser: Kohle im Boden wird über die Jahre zu Pulver zerrieben und könnte das Grundwasser und die Atmosphäre (als stark treibhauswirksames Aerosol) belasten Gefahr in sehr trockenen und windigen Gegenden. Wichtig ist eine gute Bodeneinarbeitung mit Bindestoffen (Kompost etc.) bei dauerbegrüntem Boden; Aufnahme von Kohlestaub durch die Pflanze: keine Untersuchungen bekannt, bei Nahrungspflanzen jedoch relevant.

17 timetable coal charcoal pyrochar biochar technology of pyrolysis effects of biochar in the soil Versuchsaufbau, Versuchsreihen Resultate Interpretationen Anna Schaffner outlook Weitere Versuche

18 Biokohle Der Einfluss von Pyrokohleauf das Pflanzenwachstum Biokohle - Der Einfluss von Pyrokohle auf das Pflanzenwachstum Anna Schaffner

19 Versuchsaufbau Phacelia tanacetifolia Lehmiger Sandboden Kationenaustauschkapazität 52mmol/kg (gering) ph-wert 4.5 Humusgehalt 1.7% 2 Versuchsreihen Biokohle - Der Einfluss von Pyrokohleauf das Pflanzenwachstum Anna Schaffner

20 Versuchsaufbau Bedingungen: Temperatur: C Licht: 14 Std/Tag Luftfeuchtigkeit: 50% Biokohle Der Einfluss von Pyrokohle auf das Pflanzenwachstum

21 1. Versuchsreihe (V1) Kontrolle (Nr.1) mit Erde und Sand Kontrolle (Nr.2) mit Kompost, Erde und Sand Kompost-Pyrokohle, jeweils im Verhältnis 1:1 gemischt, in 5 unterschiedlichen Quantitäten, mit Erde und Sand gemischt Je 5 Wiederholungen Insgesamt 35 Töpfe (je 20cm hoch) Pro Topf ca. 25 Samen Biokohle Der Einfluss von Pyrokohle auf das Pflanzenwachstum

22 1. Versuchsreihe (V1) Topfnummer Kompost in t/ha Pyrokohle in t/ha Biokohle Der Einfluss von Pyrokohle auf das Pflanzenwachstum

23 2. Versuchsreihe (V2) Kontrolle (Nr.1) mit Erde und Sand Kontrolle (Nr.2) mit Kompost, Erde und Sand Flüssigdünger-Pyrokohle, Flüssigdüngerdosierung jeweils konstant, Pyrokohlein 5 unterschiedlichen Quantitäten, mit Erde und Sand gemischt Je 5 Wiederholungen Insgesamt 35 Töpfe (je 20cm hoch) Pro Topf ca. 25 Samen Biokohle Der Einfluss von Pyrokohle auf das Pflanzenwachstum

24 Topfnummer 2. Versuchsreihe (V2) Flüssigdüngerin t Kompostäquivalent/ha Pyrokohle in t/ha Biokohle Der Einfluss von Pyrokohle auf das Pflanzenwachstum

25 Resultate V1 Biokohle Der Einfluss von Pyrokohle auf das Pflanzenwachstum

26 Resultate V1 Biokohle Der Einfluss von Pyrokohle auf das Pflanzenwachstum

27 Resultate V1 Pflanzenlänge nimmt ab einer gewissen Pyrokohlekonzentrationab. Konkurrenzkampf um das Licht Positive Nährstoffblockierung Biokohle Der Einfluss von Pyrokohle auf das Pflanzenwachstum

28 Resultate V1 Biokohle Der Einfluss von Pyrokohle auf das Pflanzenwachstum

29 Resultate V1 Biokohle Der Einfluss von Pyrokohle auf das Pflanzenwachstum

30 Resultate V1 Biomasse steigt mit zunehmender Pyrokohlekonzentration an. Keine Biomasseabnahme bei sehr hohen Pyrokohlekonzentrationen. -> positive Auswirkungen der Pyrokohle Biokohle Der Einfluss von Pyrokohle auf das Pflanzenwachstum

31 Resultate V2 Biokohle Der Einfluss von Pyrokohle auf das Pflanzenwachstum

32 Resultate V2 Der Anstieg der Biomasse ist sicherlich nicht nur auf die Auswirkungen des Komposts zurückzuführen Die positiven Auswirkungen der Pyrokohle bewirken einen Anstieg der Biomasse -> stärkerer und grösserer Pflanzenertrag Biokohle Der Einfluss von Pyrokohle auf das Pflanzenwachstum

33 Aussicht Kohlekonzentration erhöhen (in einem sauren Boden) Wasserrückhaltekapazität in neuen Versuchen messen Immer Messungen durchführen Die Pflanze von Anfang an durch Wassermangel stressen Kontrollversuche ohne Giessregime Biokohle Der Einfluss von Pyrokohle auf das Pflanzenwachstum

34 timetable coal charcoal pyrochar biochar technology of pyrolysis effects of biochar in the soil Versuchsaufbau, Versuchsreihen Resultate Interpretationen Anna Schaffner Weitere Versuche outlook

35 outlook & chances experiences of biochar field tests are extended very fast around the world e.g. new lowtech pyrolysis units were developped, e.g. or increasing nutrient costs increase the benefit of biochar as soil improvement biochar as carbon sink: industrialized countries invest in developping countries

36 outlook - new lowtech pyrolysis units principle TLUD (Top Lit Up-Draft) Isolation Kamin VZ copyright by Stephan Gutzwiller Kakskad-E GmbH, Basel MZ MZ SL durch Zentralrohr PZ Kamin PL

37 Thank you for your attention! further informations: