Pyrolyse-Zentralheizung

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1 Kaskad-E GmbH Pyrolyse-Zentralheizung Effiziente Nutzung von holzigen Reststoffen Dezentrale Herstellung von Pflanzenkohle WWW. B I O M A C O N. DE Hintergründe zur Pflanzenkohle & Dokumentation der Biomacon-Pyrolyseanlage Hersteller: BIOMACON GmbH Schmiedestraße 2 D Rehbug Deutschland CH-Vertretung BIMACON GmbH: Kaskad-E GmbH Stephan Gutzwiller [email protected] Stand: 2. Fassung vom 15. November 2016 Seite 1

2 Kaskad-E GmbH I N H A L T S V E R Z E I C H N I S 1. PFLANZENKOHLE FÜR DIE LANDWIRTSCHAFT WIESO PFLANZENKOHLE? STEIGERUNG DER BODENFRUCHTBARKEIT HERSTELLUNG MITTELS PYROLYSE Pyrolyse in Ergänzung zur bestehenden Grüngut-Verwertung BIOMACON-CONVERTER EINE HEIZUNG, DIE CO 2 BINDET DAS ANGEBOT AN ANLAGEN Grundausstattung Leistungsklassen und Normerfüllung Kohlequalität WIRTSCHAFTLICHKEIT Kosten Pyrolyseanlage BIOMACON ANHANG TECHNISCHE DATEN ZUM BIOMACON-CONVERTER ANFORDERUNGEN AN PFLANZENKOHLE Ordentliche Zulassung seit Juni EXKURS KOHLE IM BODEN = ASCHE IM BODEN AUSZUG AUS DEM ENDBERICHT TERRABOGA - BIOMACON-ANLAGE IM BOTANISCHEN GARTEN BERLIN Begriffsübersetzungen, Abkürzungen Stand: 2. Fassung vom 15. November 2016 Seite 2

3 Kaskad-E GmbH 1. P F L A N Z E N K O H L E F Ü R D I E L A N D W I R T S C H A F T 1.1 Wieso Pflanzenkohle? Zuviel CO 2 in der Atmosphäre, zu wenig Kohlenstoff im Boden. Einen Ausweg aus diesem Dilemma bietet die Pyrolyse-Pflanzenkohle. Diese Kohle wird mittels Pyrolyseverfahren aus verholztem Grüngut hergestellt. Vermischt mit organischem Dünger wie z.b. Kompost unterstützt diese porenreiche und von den Mikroorganismen geschätzte Kohle den Boden massgeblich bei der Wasserund Nährstoffspeicherung. Nebenbei wird so das beim Biomasseaufbau über die Photosynthese gebundene CO 2 für Jahrhunderte auf einfache Weise im Boden zurückgehalten - Klimafarming wird möglich: bei der Nahrungsmittelproduktion wird die Bodenfruchtbarkeit nachhaltig verbessert statt beeinträchtigt, das Klima wird geschont statt aufgeheizt. Ein historisches Zeugnis für diese visionäre Kulturtechnik ist die uralte, noch heute fruchtbare Schwarzerde in den ausgedehnten Gartenanlagen der ehemaligen Städte der Hochkulturen im Amazonas die so genannte Terra Preta. Abbildung 1 Links: unfruchtbarer Boden ohne Pflanzenkohle Rechts: fruchtbare Terra Preta mit Pflanzenkohle 1.2 Steigerung der Bodenfruchtbarkeit Beim Klimafarming ist die Bodenfruchtbarkeit das massgebende Kriterium, das über die Applikation und Dosierung der Pflanzenkohle im Boden entscheidet. Unter Bodenfruchtbarkeit versteht man die Summe aller physikalischen, chemischen und biologischen Bodeneigenschaften und -prozesse, welche das Pflanzenwachstum (positiv) beeinflussen. Sie ist ein Maß für die Effektivität der Wirkung der übrigen Wachstumsfaktoren am Wuchsstandort einer Pflanze, wie Relief, Klima, Wasser und aller acker- und pflanzenbaulichen Maßnahmen. (Wikipedia, 2016). Die Pflanzenkohle als Schlüsselbestandteil der Terra Preta führt im Boden über verschiedene Bodeneffekte zur Steigerung der Bodenfruchtbarkeit: Erhöhung der Wasserrückhaltekapazität durch kapillare Adhäsion in den Poren Anhebung des Boden-pH durch die basische Kohle Steigerung der Nährstoffverfügbarkeit Düngeeffekt durch den Mineralstoffgehalt der Kohle an sich, u.a. Phosphor Verringerung der Nährstoffauswaschung Starke Erhöhung der Kationenaustauschkapazität (KAK = CEC) Aktivierung der Bodenfauna in den Mikroporen, Förderung des Humusaufbaus Bessere Durchlüftung insbesondere bei schweren Böden Induktion und Stabilisierung der Humusbildung Steigerung des Humusgehalts Stand: 2. Fassung vom 15. November 2016 Seite 3

4 Energieausbeute Treibhausgas-Bilanz Nährstoffrückführung Bodenverbesserung Luftschadstoffe Wertschöpfung / Kosteneinsparung Kaskad-E GmbH 1.3 Herstellung mittels Pyrolyse Alle Verkohlungsanlagen zur Herstellung von Pflanzenkohle für die Landwirtschaft basieren auf dem sogenannten Pyrolyseverfahren. Bei der Pyrolyse (Synonyme: Entgasung, Verschwelung, Verkohlung) werden die hochmolekularen organischen Verbindungen des verwendeten Grünguts (i.d.r. Hackschnitzel) unter Sauerstoffausschluss und durch Wärmeeinwirkung in energiereiche Gase und Teere (Pyrolysegas) aufgespalten. Dieses Pyrolysegas wird anschliessend in einem separaten Brennraum mit Sauerstoff im Überschuss vollständig verbrannt. Die dabei freigesetzte Wärme unterhält den Prozess und liefert zusätzlich extern nutzbare Prozesswärme zumeist Heizwärme in Form von Heisswasser, so auch bei der BIOMACON-Anlage. Aufgrund der örtlichen Trennung von Entgasung und Verbrennung kann anstelle von Holz auch minderwertigere Biomasse im Vergleich zur konventionellen Verbrennung deutlich emissionsärmer in Wärme umgewandelt werden. Beispiele solcher Biomasse: Blätter, Rinden, Feinäste, Fruchtschalen, Tannennadeln, Schwemmholz. Diese haben in der Regel einen höheren Asche- und Wassergehalt, weisen stärkere mineralische Verunreinigungen wie z.b. Sand auf und haben einen geringeren Energiegehalt. Heute z.t. kostenpflichtig zu entsorgende Biomassen lassen sich somit mittels Pyrolyseverfahren in wertvolle Pflanzenkohle und Nutzwärme umwandeln Pyrolyse in Ergänzung zur bestehenden Grüngut-Verwertung In folgender Matrix werden verschiedene etablierte Grüngut-Verwertungstechnologien in Ergänzung mit einer Pyrolyseanlage beurteilt. Für die meisten Beurteilungsaspekte resultiert ein deutlich positiver Nutzen im Vergleich ohne Pyrolyse-Anlage. Die Wertschöpfung kann für alle Technologien gesteigert werden, was jedoch stark von den aktuellen Entsorgungstarifen abhängig ist. Beurteilungsaspekte Technologie Qualitative Beurteilung: + bedeutet besser, bedeutet schlechter Verbrennung* Kompostierung** Vergärung flüssig*** Vergärung fest*** * ohne Pyrolyse: Holzschnitzelheizung Ganzbaum mit 4% Aschegehalt mit Pyrolyse: 30% Feinanteil mit 10% Aschegehalt wird verkohlt, wodurch 75% der Asche in der Kohle gebunden wird ** ohne Pyrolyse: mit Häckselanteil von rund 30% mit Pyrolyse: 66% des Häcksels (20% der Gesamtmasse) wird verkohlt, Kohle wird anschliessend mitkompostiert *** ohne Pyrolyse: Holzanteil im Gärrest von rund 40% mit Pyrolyse: 80% des Holzes im Gärrest wird ausgesiebt und verkohlt und zusammen mit dem übrigen Gärrest kompostiert, wenig Kohle wird mit Gärgut vermengt Stand: 2. Fassung vom 15. November 2016 Seite 4

5 Kaskad-E GmbH Eine Heizung, die CO 2 bindet Bei der konventionellen energetischen Nutzung von Biomasse wird so viel CO 2 wieder frei, wie zuvor durch die Biomasse gebunden wurde. Im Gegensatz dazu wird bei der BIOMACON-Technologie im Wesentlichen nur der in der Biomasse enthaltene Wasserstoff energetisch genutzt. Chemisch stabiler Kohlenstoff wird systematisch als Pflanzenkohle ausgekoppelt (Abbildung 2). Das Rohstoffmaterial gelangt durch die Zellenradschleuse in den Reaktor. Darin bewegt eine Förderschraube die Biomasse durch einen Brennraum, wobei die Biomasse getrocknet, vorgewärmt und pyrolysiert wird, bevor im Reformerschacht weitere Energie zugeführt wird. Analog der Aktivkohleherstellung wird ein sehr heisses Gasgemisch durch die schwelende Biomasse geleitet. Die Materialverweilzeit ist extrem lang, was zu den aussergewöhnlich geringen Schadstoffbelastungen führt. Weitere Vorteile: Die Anlage ist für Brennstoffe mit einem Wassergehalt von <50% konzipiert Geringer Platzbedarf: Die Integration in bestehende Gebäude ist leicht möglich. Kompakte Bauform: maximale Wärmenutzung und minimale Strahlungsverluste Geringe spez. Investitionskosten: Anlage kann wärmegeführt betrieben werden Keramische Auskleidung: extrem hohe Prozesstemperaturen. Das Ergebnis ist schadstoffarme, hochwertige Pflanzenkohle und hervorragende Abgaswerte. Abbildung 2 CO 2 -Ausstoss (CO2 Äquivalent in gco 2 /kwh) verschiedener Heizungen/Energieträger. Als einzige Heizung erreicht die BIOMACON-Anlage deutlich negative Werte von -218g CO 2 pro produzierter Kilowattstunde Nutzwärme. Quelle: 1) IWU Kumulierter Energieaufwand und CO2-Emissionsfaktoren verschiedener Energieträger 2) BIOMACON Der BIOMACON-Flyer mit weiteren technischen Details befindet sich im Anhang. Stand: 2. Fassung vom 15. November 2016 Seite 5

6 Kaskad-E GmbH 2.2 Das Angebot an Anlagen Grundausstattung Die BIOMACON-Anlage wird standardmässig in einem 20-Zoll-Iso-Container montiert. Dieser hat die Masse L x B x H = 6.06m x 2.44m x 2.60m und erlaubt eine Aufstellung im Aussenraum. Darin sind der Converter selber, die Steuerung und der Speicher untergebracht. Zusätzlich ist ein überdachter Vorratsbehälter für das Input-Material mit mindestens 10m3 Fassungsvermögen im Lieferumfang. Anstelle des trichterförmige 10m 3 - Vorratsbehälter gemäss Abbildung 3 wird bei Anlagen mit einer Leistung von kW ein Bruns Schubbodencontainer mit Klappdeckel mit 30m 3 Fassungsvermögen angeboten. Dieser kommt beispielsweise auf der 3-jährigen Anlage im Botanischen Garten Berlin erfolgreich zum Einsatz (linker Container in Abbildung 4). Bei noch grösseren Anlagen mit einer Leistung ab 150kW können diese Schubcontainer in Serie geschaltet werden. Als Faustregel gilt ein minimales Vorratsbehältervolumen von 1m3 pro 5kW Leistung. Abbildung 3 Schemazeichnung BIOMACON-Anlage: Die Länge des blauen Iso-Containers beträgt 6 Meter. Die weissen Kunststoffboxen stehen auf Euro-Paletten und nehmen die fertige Pflanzenkohle auf. Stand: 2. Fassung vom 15. November 2016 Seite 6

7 Kaskad-E GmbH Abbildung 4 Referenzanlage im Botanischen Garten Berlin, seit drei Jahren in Betrieb. Sie dient der Verarbeitung des Pflegeschnittmaterials des Gartens und produziert Wärme für die umliegenden Institutsgebäude und Gewächshäuser sowie Pflanzenkohle für eigene wissenschaftliche Feldversuche Leistungsklassen und Normerfüllung Die BIOMACON-Converter sind wärmegeführt und werden entsprechend dem erforderlichen Wärmebedarf ausgelegt. Sie sind deshalb in verschiedenen Baugrössen erhältlich. Die Leistungsregelung erfolgt modulierend und passt sich automatisch dem erforderlichen Wärmebedarf in einem weiten Lastbereich an. In der untenstehenden Liste sind die wichtigsten Anlagengrössen aufgeführt: Baugrösse Grundfläche Pflanzenkohle Thermische Leistung S 1000 x ,2kg/h 25-40kW M 1000 x ,7kg/h 35-63kW L 1500 x ,8kg/h kW XL 1500 x ,1kg/h kW XXL 1500 x ,2kg/h kW n x XL Auslegung erfolgt entsprechend den örtlichen Gegebenheiten Sämtliche Anlagen erfüllen die EU-Norm EN (Zertifizierung noch pendent). Sie sind somit innerhalb der EU sowie der Schweiz als Heizanlagen zugelassen Kohlequalität Der BIOMACON-Converter produziert aussergewöhnlich hochwertige und feinporige Pflanzenkohle (Abbildung 5). Dies wird durch die lange Verweilzeit im Hochtemperaturreformer erreicht. Die Plfanzenkohle erfüllt damit die strengen premium quality - Anforderungen des European Biochar Certificate (EBC). Optional kann die Anlage mit einem Dampfaktivator ausgerüstet werden. Die Temperatur in der Kohle steigt dabei auf über 1000 C und noch mehr Feinporen werden gebildet. Stand: 2. Fassung vom 15. November 2016 Seite 7

8 Kaskad-E GmbH Abbildung 5 Input- (links) und Outputmaterial (rechts) der BIOMACON-Anlage. Das Inputmaterial ist gehäckseltes Landschaftspflegeholz. Die Struktur ist nach der Verkohlung noch zu erkennen, das Volumen ist jedoch um ca. 30% geschrumpft. Quelle: Wirtschaftlichkeit Kosten Pyrolyseanlage BIOMACON Bei der folgenden vergleichenden Wirtschaftlichkeitsbetrachtung handelt sich um ein Rechenbeispiel für den Ersatz einer bestehenden Schnitzelfeuerung mit einem 250kW-BIOM- ACON-Converter in einer Sägerei. Dabei werden nur die Investitionen der nötigsten Massnahmen bauseits (z.b. Trockenhaltung Brennstoff) berücksichtigt und (vorerst) nur die Investitionen für die reine Heizwärmeerzeugung betrachtet Brennstoffkosten Beim betrachteten Rechenbeispiel kommen drei völlig unterschiedliche Brennstoffe zum Einsatz. Daher werden diese vorerst gesondert von der Wirtschaftlichkeitsrechnung betrachtet. Die folgende Abbildung 6 fasst die Annahmen für die Brennstoffe zusammen. Var. 3: BIOMACON Brennstoff 1-3 Var. 3: Brennstoff 1: Sägemehl Var. 3: Brennstoff 2: Rinden Var. 3: Brennstoff 3: Schwarten Var. 4: Holzkessel Schnitzel nass (heute) Gewichsanteil Mix 100% 30% 30% 40% Jahresmenge Tonnen 403 Aschegehalt % 5.0 Aschemenge 24 Tonnen 20 Feuchte % 54.0 Wassermenge Tonnen 218 Schüttdichte feucht kg/m3?? Brennstoffkosten CHF/kg Brennwert Ho kwh/kg 2.19 Heizwert Hu kwh/kg 1.65 Abbildung 6 Brennstoff-Mix bestehend aus Sägemehl (30%, zugekauft), Rinde (30%, Abfallprodukt) und Schwarten (40%, Verkaufswert 60 plus 16 CHF pro Tonne für die Aufbereitung). Der Brennstoffmix der heutigen Holzschnitzel-Anlage hat einen sehr hohen Wassergehalt von 54% (Hochrechnung). Die Ursache ist Meteorwasser, welches in den ungedeckten Lager- Vorplatz und den Brennstoffbehälter regnet. Die Detailfolgerungen daraus werden bei der folgenden Abbildung 7 beschrieben. Stand: 2. Fassung vom 15. November 2016 Seite 8

9 Kaskad-E GmbH Die folgende vergleichende Wirtschaftlichkeitsrechnung (Annuitätenmethode) zeigt, dass die BIOMACON-Anlage bei Betrieb mit beschriebenem Brennstoff-Mix zu Bezugs-, Lieferund Handlingskosten von total 38 CHF pro Tonne Nassgewicht bei einem Wassergehalt von 37% und einem Verkaufspreis der Pflanzenkohle von 600 CHF die Wärme beinahe umsonst produziert (0.89 Rappen pro kwh). Insgesamt reagieren die Gestehungskosten sehr sensitiv auf den Brennstoffpreis und den Verkaufspreis der Pflanzenkohle. Es wird daher unbedingt empfohlen, beim Entscheid für eine BIOMACON-Anlage jeweils einen verlässlichen Brennstoff-Mix und einen verbindlichen Kohleabsatz zu evaluieren. Variante BIOMACON- Converter, Brennstoffmix 1-3 dito + Meteorwasser Variante Rinden/Säge- mehl- Holzkessel, Schnitzel thermische Nennleistung kw Nutzwärmeproduktion 567' '000 kwh pro Jahr Kohleproduktion 84'400 0 kg pro Jahr Totales Investitionsvolumen 298' '900 CHF Investition Anlage 177' '600 CHF Investition Speicher, 20'000 Liter 25'000 25'000 CHF Investition bauseits 75'000 60'000 CHF Investition Eintrags-Bunker und Förderung 20'500 4'300 CHF Jahreskosten brutto 55'700 67'600 57'500 CHF pro Jahr Unterhalts- und Betriebskosten 7'500 6'500 CHF pro Jahr Jahreskosten Investition (Annuität, 15 Jahre) 25'000 28'000 CHF pro Jahr Brennstoffkosten + Ascheentsorgung 21'200 33'100 20'100 CHF pro Jahr CO2-Abgabe (ab 2018) 2'000 2'900 CHF pro Jahr Verkaufswert der produzierten Pflanzenkohle 50'600 51'500 0 CHF pro Jahr Jahreskosten netto 5'000 16'100 57'500 CHF pro Jahr Gestehungskosten Nutzwärme Rp. pro kwh Abbildung 7 Wirtschaftlichkeit (+/-20%) des BIOMACON-Converters 250kW thermisch im Vergleich mit einem neuen Schnitzelkessel. Die tiefen Wärmegestehungskosten von 0.89 Rappen pro kwh werden beim Verkauf der Kohle zu 600 CHF pro Tonne, Brennstoffkosten (Mix gemäss Abbildung 6) zu 38 CHF pro Tonne und durch die Drainage resp. Abdeckung des ungedeckten Lager-Vorplatzes und des Brennstoffbehälters erreicht. Diese Massnahme reduziert den durchschnittlichen Wassergehalt von 54% (Variante BIOMACON + Meteorwasser) auf 37% (Variante BIOMACON). Dadurch wird die zu verdunstende Wassermenge um Liter auf Liter (=209 Tonnen, s. Abbildung 6) reduziert und damit Brennstoffkosten von jährlich CHF eingespart. Stand: 2. Fassung vom 15. November 2016 Seite 9

10 Kaskad-E GmbH 3. A N H A N G 3.1 Technische Daten zum BIOMACON-Converter Stand: 2. Fassung vom 15. November 2016 Seite 10

11 Compaktconverter ein Werkzeug gegen den Klimawandel Klimawandel, Ressourcenknappheit, Bodendesertifikation und Grundwasserverschmutzung sind die großen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Die BIOMACON -Technologie ist ein wichtiger Baustein bei der Bewältigung dieser kausalen Herausforderungen. Neben konsequenter Ressourcenschonung gibt es derzeit kein aussichtsreicheres Lösungskonzept für diesen Themenkomplex. Außer Wasser, Boden und Atmosphäre gehört Biomasse zu den wichtigsten globalen CO2- Speichern. Bei der konventionellen energetischen Nutzung von Biomasse wird so viel CO2 wieder frei, wie zuvor durch die Biomasse gebunden wurde. Im Gegensatz dazu wird bei der BIOMACON- Technologie im Wesentlichen nur der in der Biomasse enthaltene Wasserstoff energetisch genutzt. Chemisch stabiler Kohlenstoff wird systematisch als Pflanzenkohle ausgekoppelt. Pflanzenkohle ist ein wichtiges Instrument im Kampf gegen den Klimawandel. Ein Kilogramm reine Pflanzenkohle bindet 3,6kg CO2 für mehr als 1000 Jahre. Außerdem ist Pflanzenkohle ein starkes Werkzeug gegen die Desertifikation der Böden. Gewässer und Grundwasser werden aktiv geschützt, wenn nitrathaltige Düngemittel durch Pflanzenkohle ersetzt werden. Die neuen BIOMACON-Compaktconverter sind noch leistungsstärker, produzieren noch reinere Planzenkohle und sind noch leiser (42dB) Die BIOMACON-Compaktconverter bieten ein integrales System zur effektiven Nutzung aller vorhandenen Ressourcen. Der Converter ist konzipiert für ligninhaltige Rohstoffe mit einem maximalen Wassergehalt von weniger als 50%. Unter diesen Voraussetzungen kann der Converter seine technischen Entwicklungen voll entfalten. Der Platzbedarf des Compaktconverters ist gering. Die Integration in bestehende Gebäude ist so leicht möglich. Durch die kompakte Bauform wird eine maximale Wärmeausnutzung erreicht. Die Strahlungsverluste sind gering. Aufgrund der geringen spezifischen Investitionskosten kann die Anlage wärmegeführt betrieben werden. Die keramische Auskleidung ermöglicht extrem hohe Prozesstemperaturen. Das Ergebnis ist schadstoffarme hochwertige Pflanzenkohle. BIOMACON Compaktconverter sind wärmegeführt und werden entsprechend dem erforderlichen Wärmebedarf ausgelegt. Sie sind deshalb in verschiedenen Baugrößen erhältlich. Die Leistungsregelung erfolgt modulierend und passt sich automatisch dem erforderlichen Wärmebedarf in einem weiten Lastbereich an. Baugröße Grundfläche Pflanzenkohle Thermische Leistung S 1000x2000 6,2kg/h 25-40kW M 1000x2500 9,7kg/h 35-63kW L 1250x ,8kg/h kW XL 1250x ,1kg/h kW XXL 1450x ,2kg/h kW n x XL Auslegung erfolgt entsprechend den örtlichen Gegebenheiten Das Rohstoffmaterial gelangt durch die Zellenradschleuse in die Converterschraube. Diese fördert die Biomasse durch einen Brennraum, wobei die Biomasse getrocknet, vorgewärmt und pyrolysiert wird, bevor im Reformerschacht weitere Energie zugeführt wird. Analog der Aktivkohleherstellung wird ein sehr heißes Gasgemisch durch die schwelende Biomasse geleitet. Die Materialverweilzeit ist extrem lang, was zu den außergewöhnlich geringen Schadstoffbelastungen führt. Schmiedestraße 2 D Rehburg/Germany Tel: Fax: [email protected] Web:

12 Compaktconverter, das System zur kombinierten Wärme- und Pflanzenkohleproduktion CHB (COMBINED HEAT AND BIOCHAR) HEAD SHIELD Technologie Die von BIOMACON entwickelte HEAD SHEELD Technologie basiert auf einem internen Wassermantel, der den gesamten Konverter umspült. Der thermische Wirkungsgrad entspricht so dem neusten Standard moderner Heizungsanlagen und ist deshalb ein wegweisendes Instrument zum Ressourcen schonenden Umgang mit biogenen Rohstoffen. Hochtemoeraturreformer wird mühelos Low-NOx-Brenner Durch Rezirkulation der Abgase wird die Flammentemperatur im Flammenkopf des Low-NOx- Brenners elektronisch auf 950 bis 1050 geregelt. In der Folge entsteht extrem wenig Stickoxid. Low-NOx steht für wenig NOx = wenig Stickoxide". Verfahrenstechnisch gesehen ist die Bildung der NOx- und CO-Emissionen gegenläufig. Die langen Verweilzeiten im Nachbrennraum ermöglichen die vollständige Reaktion der CO Gase. Alle Maßnahmen sowie die geringen Feinstaubemissionen führen zu den hervorragenden Abgaswerten. Wartungfreundlich Die BIOMACON Kompaktkonverter sind für den alltäglichen Dauerbetrieb konzipiert. Neben hervorragenden Werkstoffen ist für diese Forderung ein schlüssiges Konzept unumgänglich. Unsere Anlagen benötigen keine Gasleitungen. Je nach Verschmutzung des Rohmaterials sind Reinigungsintervalle von mehr als 2000h keine Seltenheit. Die BIOMATRONIC zeigt den Verschmutzungsgrad an und schlägt ein weites Zeitfenster zum nächsten Reinigungsintervall vor. BIOMATRONIC dialog Steuerung Selbst ungeschultes Personal findet sich in der BIOMATRONIC Dialogsteuerung leicht zurecht. Im Dialogmenue sind für die verschiedensten Anwendungen separate Programme hinterlegt. Durch einfaches Antippen der Menuebuttons regelt sich die Anlage in die unterschiedlichen Modi. Standardmäßig hinterlegt sind die Programme für den WÄRMEGEFÜHRTEN SOMMERund WINTERBETRIEB, den PFLANZENKOHLEBETRIEB HIGH- QUALITY, PREMIUM und COMMERCIAL sowie ANIMAL FOOD. Die BIOMATRONIC ist im ständigen Kontakt mit dem BIOMACON Server sowie den Peripheriegeräten des Kunden. Fernsteuerung mittels Computer oder Smartphone gehören zur Grundausstattung. Hochtemoeraturreformer wird mühelos Hochtemperaturreformer Durch die lange Verweilzeit im Hochtemperaturreformer wird mühelos außergewöhnlich hochwertige Pflanzenkohle produziert. Optional kann die Anlage mit einem Gas- oder Dampfaktivator ausgerüstet werden. Die Temperatur in der Kohle steigt dann leicht auf über 1000 C. MONO SCREW Die zweifach gelagerte BIOMACON MONO SCREW ist außerordentlich robust konstruiert und bedarf nur eines beweglichen Bauteiles. Reibung von Metall auf Metall ist ausgeschlossen. Chrom und Nickel verbleiben in der Anlage, wo sie hingehören, und gelangen deshalb nicht in die Pflanzenkohle. START STOP Automatik Die elektronische START STOP Automatik erledigt ihre Arbeit selbstständig. Die Anlage passt sich automatisch dem Wärmebedarf an. Außer etwas Strom für die Zündung ist keine weitere Fremdenergie erforderlich. Sie schaltet sich gegebenenfalls ab und bei Bedarf automatisch wieder an. Schmiedestraße 2 D Rehburg/Germany Tel: Fax: [email protected] Web:

13 Kaskad-E GmbH 3.2 Anforderungen an Pflanzenkohle Vorbemerkungen gemäss Protokoll zum Runden Tisch Pflanzenkohle vom beim Bundesamt für Umwelt (BAFU): Seit Juni 16 ist Biokohle (Pflanzenkohle gemäss Formular) vom BLW definitiv als Bodenverbesserungsmittel gemäss Düngerverordnung zugelassen. Für den Einsatz in der Landwirtschaft ist in der Schweiz nur Pflanzenkohle aus naturbelassenem Holz zugelassen, die gemäss EBC (European Biochar Certificate)-Richtlinien als Premium-Qualität zertifiziert ist. Das EBC [ ] definiert Pflanzenkohle als Pyrolysekohle aus nachhaltig gewonnenen Biomassen. Zugelassen sind die auf der Positivliste aufgeführten Materialien (Grüngut, Speisereste, Rüstabfälle, Material aus Wasch-, Reinigungs-, Schäl-, Zentrifugier- und Abtrennprozessen, Trester, Kerne, Schalen, Schrote oder Pressrückstände, z.b. von Ölmühlen, Treber). Diese dürfen zudem keine Fremdstoffe wie Plastikfetzen enthalten und müssen unbehandelt sein, aus nachhaltiger Produktion stammen und im Umkreis von 80 km zur Pyrolyseanlage anfallen. Die Prozessführung bei der Pyrolyse sowie Probenahme und Analytik sind ebenfalls festgelegt. Auch die Eigenschaften und Inhaltsstoffe der Pflanzenkohle sind definiert Ordentliche Zulassung seit Juni 2016 Sachbezeichnung: Düngerkategorie Art. 5 DüV: Verwendung: Ausgangsmaterial: Zusammensetzung: Biokohle Bodenverbesserungsmittel Landwirtschaft Nebenprodukte der Forst- und Landwirtschaft (ausgenommen Hof und Recyclingdünger) und der Lebensmittelindustrie Abhängig vom Ausgangsmaterial und dem Pyrolyseverfahren Nährstoffangaben: N Gesamtstickstoff P2O5 Gesamtphosphat K2O Gesamtkali Kohlenstoffgehalt >0.1 und <0.7 H/Corg Verhältnis Salzgehalt ph ph-wert Ordnungsnummer BLW: 4328 Besondere Bestandteile: unerwünschte Verunreinigungen wie polyaromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), Furane, Dioxine und Schwermetalle Auflagen respektive besondere Vorschriften, gestützt auf Artikel 11 Absatz 2 der DüV: Herstellung der Biokohle Es dürfen keine Dünger (Kompost, Gärgut, Hofdünger) oder Abwasserschlämme für die Herstellung von Biokohle verwendet werden. Als Ausgangsmaterialien ist jene Biomasse geeignet, mit Ausnahme der vorhin erwähnten Einschränkungen, die auf der Positivliste aufgeführt ist. Die Ausgangsmaterialien dürfen nicht belastest sein mit organischen oder inerten Abfällen (Plastik, Farbreste) und Schwermetallen. Bei der Herstellung von Biokohle sind die Synthesegase abzufangen und sachgemäss zu verbrennen, so dass die Emissionsgrenzwerte für Holzfeuerungsanlagen eingehalten werden. Stand: 2. Fassung vom 15. November 2016 Seite 13

14 Kaskad-E GmbH Die Materialeigenschaften und Pyrolysebedingungen, welche für die Qualität der Biokohle massgeblich sind (z. B. Zeit der Pyrolyse, Temperaturverlauf, Art und Wassergehalt des Ausgangsmaterials und weitere relevante Prozessparameter), sind vom Hersteller aufzuzeichnen und dem BLW und den Vollzugsbehörden auf Verlagen zur Verfügung zu stellen. Qualität der Biokohle Die Schwermetallgehalte der Biokohle, gewonnen aus einem bestimmten Ausgangsmaterial dürfen die Grenzwerte für Recyclingdünger nicht überschreiten. Die Schadstoffgehalte an PAK, Dioxinen und Furanen der Biokohle, gewonnen aus einem bestimmten Ausgangsmaterial, dürfen die Richtwerte für Kompost und Gärgut nicht überschreiten. Die Biokohle muss gernäss den Richtlinien des EBC (European Biochar Certificate) zertifiziert sein und Premium-Qualität aufweisen. Abgabe und Ausbringung PAK Die Biokohle ist so zu konditionieren (z.b. mit Wasser zu versetzen), dass beim Umgang und Ausbringen keine Stäube entstehen. Der Anwender ist auf die stark basischen Eigenschaften der Biokohle hinzuweisen. Auf angepasste Schutzbekleidung und Massnahmen zur Verhinderung von möglichen Verätzungen bei der Konditionierung, Umgang und der Ausbringung ist hinzuweisen. Die Messungen von PAK sind mit dem Extraktionsmittel Toluol durchzuführen. Die Anzahl Analysen richtet sich nach der Qualität der hergestellten Biokohle. Meldepflicht Der Bewilligungsinhaber meldet dem BLW die jährlich als Dünger in Verkehr gebrachte Menge Biokohle. Der Bewilligungsinhaber meldet dem BLW jährlich in einem Bericht die Resultate der PAK- und Schwermetall-Analysen. 3.3 Exkurs Kohle im Boden = Asche im Boden Die gesamte Aschefraktion bleibt in der Kohle und damit auch mögliche Schadstoffe. Die langfristige Obergrenze für Kohle im Boden liegt bei 5kg/m 2 (die aktuelle Empfehlung ist eher noch tiefer). Bei einem Aschegehalt von max. 20% würden die Böden langfristig pro Quadratmeter maximal mit einem Kilogramm Asche belastet. Dies ist völlig unbedenklich. Zum Vergleich zu konventionellen Holzöfen: Ein mit Holz beheiztes Einfamilienhaus produziert jährlich rund 50 kg Asche (5 000 kg Holz à 1% Asche). Wird diese Asche auf 200 m 2 Gartenfläche ausgebracht, ergibt sich eine Aschefracht von 0.25 kg pro m 2 und Jahr. Bereits nach 4 Jahren hätte man damit den Ascheeintrag mittels Kohlewirtschaft erreicht. Wird das Haus mit einer Pyrolyse-Zentralheizung geheizt, fällt rund die doppelte Aschemenge (gebunden in der Kohle) an und der Garten wäre in 2 Jahren mit Kohle gesättigt. Daher muss zwingend eine Kohle-Brennstoff-Logistik aufgebaut werden, welche die Rücknahme und Zuführung der Kohle in die Landwirtschaft vorsieht. Stand: 2. Fassung vom 15. November 2016 Seite 14

15 Kaskad-E GmbH 3.4 Auszug aus dem Endbericht TerraBoGa - BIOMACON- Anlage im Botanischen Garten Berlin Begriffsübersetzungen, Abkürzungen Biokohle = biozertifizierte Pflanzenkohle Karbonisierung = Verkohlung Pyrolyse BKS = Biokohlen und Biokohlesubstraten TPT = Terra Preta Technologie Stand: 2. Fassung vom 15. November 2016 Seite 15

16 Umweltentlastungsprogramm Berlin (UEP II) Förderschwerpunkt 2 umweltorientierte Forschung und Entwicklung Endbericht zum Forschungsvorhaben Schließung von Kreisläufen durch Energie- und Stoffstrommanagement bei Nutzung der Terra-Preta-Technologie im Botanischen Garten im Hinblick auf Ressourceneffizienz und Klimaschutz Modellprojekt Urban farming (TerraBoGa) Freie Universität Berlin Fachbereich Geowissenschaften AG Geoökologie Malteserstr , Haus G Berlin gefördert durch:

17 Endbericht zum Forschungsvorhaben Schließung von Kreisläufen durch Energie- und Stoffstrommanagement bei Nutzung der Terra-Preta-Technologie im Botanischen Garten im Hinblick auf Ressourceneffizienz und Klimaschutz Modellprojekt Urban farming (TerraBoGa) Projektleitung: Prof. Dr. mult. Dr. h. c. Konstantin Terytze 1 Bearbeiter: Dr. Robert Wagner 1, Dipl.-Geogr. René Schatten 1, Dipl.-Geogr. Kathrin Rößler 1 und Dipl.-Biol. Nadine König 2 Unter Mitwirkung von: Dipl.-Geogr. Karin Friede 1, Sabrina Pilz 2, Dr. Ines Vogel 1, Dipl.-Geogr. Judith Ellfeldt 1, Dipl.-Ing. Peter Thomas 3, Dipl.-Ing. Alfons-E. Krieger (MA) 4, Prof. Dr. Albert-Dieter Stevens 2, Dr. Haiko Pieplow 5 und Dipl.- Ing. Ulrich Suer 6 1 Freie Universität Berlin, Fachbereich Geowissenschaften, AG Geoökologie, Malteserstr , Haus G, Berlin 2 Freie Universität Berlin, ZE Botanischer Garten und Botanisches Museum Berlin- Dahlem (BGBM), Königin-Luise-Str. 6-8, Berlin 3 HATI GmbH, Wrangelstr. 50, Berlin 4 Palaterra GmbH & Co.KG, Regionalstelle Berlin/Brandenburg, Finkenschlag 24, Ludwigsfelde 5 Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit / Referat ZG III 2, Stresemannstr , Berlin 6 BIOMACON GmbH, Schmiedestr. 2, Rehburg-Loccum Umweltentlastungsprogramm Berlin (UEP II) Förderschwerpunkt 2 umweltorientierte Forschung und Entwicklung Projektnummer: 11260UEPII/2 EFRE Förderperiode: Illustration Frontpage: Thorsten Köchlin 2

18 Danksagung Projektbeteiligte Wir bedanken uns bei Michael Kroll, Dipl.-Ing. Karsten Schomaker, Dipl. Gartenbauing. Thorsten Laute und allen weiteren Beschäftigten des Botanischen Gartens Berlin für die unermüdliche Unterstützung, Hilfs- und Diskussionsbereitschaft im Projekt TerraBoGa. Ebenfalls bedanken wir uns bei Stefan Albrecht, Norbert Anselm, Elisabeth Köglmeier und Bojtscho Rangelov für die Mitarbeit als studentische Hilfskraft und bei Sarah Tietjen, Yvonne Beutlich, Natalie Dust, Mathias Heinrich, Isabelle Boehme, Maria Schmidt, Max Kanig, Lasse Stolz und Constantin Adamzcak für die Mitarbeit im Rahmen von Abschlussarbeiten im Projekt TerraBoga. Ein besonderer Dank geht an Dipl.-Ing. Oliver Larsen und Dorothea Hornheber von der Technischen Universität Berlin für die Emissionsmessungen an den Kompostmieten. Danksagung Projektbeirat Ganz speziell möchten wir uns bei Dr. Haiko Pieplow, Prof. Dr. Monika Krüger, Peter Schrage- Aden, Petra Jendralski, Dr. Thorsten Schütze und Prof. Dipl.-Ing. Frank Baur für das Einbringen Ihrer Expertise und der Begleitung des Forschungsprojektes TerraBoGa als Mitglied des Projektbeirates bedanken. Danksagung Fördermittelgeber und Projektträger Für die Finanzierung des Forschungsvorhabens TerraBoGa danken wir der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt des Landes Berlin und der Europäischen Union. TerraBoGa wurde im Rahmen des Umweltentlastungsprogramms II (UEP II) aus Mitteln des Landes Berlin und des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) unter dem Förderkennzeichen UEP II/2 gefördert. Ein besonderer Dank gilt dabei Petra Jendralski für die Unterstützung des Projektes und die stets gute Zusammenarbeit von Seiten der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt. Ebenso bedanken wir uns bei Sabine Dornbusch, Iliane Eisenhuth und Dieter Hainbach von der Projektträgerschaft B.&S.U. Beratungs- und Service-Gesellschaft Umwelt mbh für die Betreuung des Forschungsprojektes und der ebenfalls stets guten Zusammenarbeit. Berlin, November

19 Inhaltsverzeichnis Tabellenverzeichnis 7 Abbildungsverzeichnis 9 Abkürzungsverzeichnis 13 1 Einleitung Zielstellungen Vorhabensstruktur Kooperationspartner Stand der Forschung Terra Preta und Biokohle Nachhaltige Sanitärsysteme 23 2 Optimierung der internen Stoffströme Erfassung Stoffströme Pflanzenreste/Biomasse Sanitärsysteme Entwicklung von Stoffstromszenarien Stoffstromszenarien pflanzlicher Reststoffe Stoffstromszenarien mit Fäkalieneinbindung 31 3 Technische Innovationen/Neuerungen Biokohleherstellung Standortspezifische Rahmenbedingungen Auswahl der Dendromasse-Karbonisierungsanlage Implementierung der Karbonisierungsanlage im BG Kompostiertechnik Zustand alte Kompostierung und Sammlung Optimierung der Kompostierung Neue Komposttechnik Nachhaltige Sanitärsysteme Rückgewinnung von Feststoffen Urinsammlung 47 4 Herstellung von Biokohle und Biokohlekompost Charakterisierung Inputmaterialien Biokohleherstellung und -charakterisierung Charakterisierung der Holzhackschnitzel Biokohleherstellung Biokohlecharakterisierung 55 4

20 4.3 Grünschnittkompostierung Kompostierversuche in Kleinversuchsanlage Herstellung Biokohlekomposte in Großansätzen Einfluss von Biokohle bei der Kompostierung Vergleich Komposte mit und ohne Biokohle Verwertung von Urin und Fäkalien Harn als Stickstoffquelle Verwertung von Fäzes und Erzeugung von TerraPretaähnlichen Biokohlesubstraten 5 Einfluss von Biokohle und Biokohlekompost auf ausgewählte Umwelt- und Substratparameter sowie pflanzenbauliche Wirkung Umweltwirkungen der Biokohle und -komposte/-substrate Freisetzungsverhalten Treibhausgas- Emissionen bei der Kompostierung Bodenbiologische Leistung Pflanzenbauliche Wirkung Pflanzversuche mit Substraten des Großansatzes Pflanzversuche mit Substraten des Großansatzes Pflanzversuche mit angesäuerten Substraten Schau- und Versuchsgarten Erfahrungen der Gärtner aus dem Botanischen Garten Zusammenfassung Umwelt- und pflanzenbauliche Wirkung 6 Ökologische Bewertung und Kosten-Nutzen Analyse Kohlenstoff- und Nährstoffhaushalt/-dynamik Bilanz vor Projektbeginn Bilanz nach Einführung der TerraPretaTechnologie Bilanz der Urin- und Fäkalienverwertung Vergleich der Kohlenstoff- und Nährstoffbilanz Ökologische Bewertung der Stoffstromszenarien Ausgangslage Einsatz der TerraPretaTechnologie Weitere ökologische Effekte Kosten-Nutzen-Analyse Kosten der Biokohle- und Biokohlesubstratherstellung Bewertung Kosten-Nutzen-Betrachtung Herstellung Biokohle und -substrate Nachhaltige Sanitärsysteme

21 7 Qualitätssicherung Gesetzliche Anforderungen Stand der rechtlichen Regelungen zur Anwendung von Biokohle Bestehende Qualitätsvorschläge für Biokohlen als mögliche 149 Basis für eine Weiterentwicklung der Rechtsgrundlagen 7.2 Festlegung der Qualität der Ausgangsstoffe und Produkte Güte- und Qualitätssicherung der Ausgangsstoffe (organische 152 Reststoffe) Güte- und Qualitätssicherung der Produkte (Biokohle und 153 Biokohlekomposte) 7.3 Untersuchungsverfahren Untersuchungsmethoden Qualitätsmanagement und analytische Qualitätssicherung Statistische Methoden Externe Qualitätssicherung Zusammenfassung und Fazit Literaturverzeichnis 165 6

22 8 Zusammenfassung und Fazit Die modellhafte Integration der TerraPreta-Technologie (TPT) in den Botanischen Garten Berlin und die begleitenden wissenschaftlichen Untersuchungen zur Wirkung von Biokohle in der Kompostierung und als Biokohlesubstrat in verschiedensten Pflanzungen zeigten ein hohes Potenzial zur Wertschöpfung pflanzlicher Reststoffe und zur Minimierung von Umweltbelastungen. Die Analyse der organischen Stoffströme ergaben diverse Optimierungsmöglichkeiten, die das Potenzial für eine Neugestaltung der Stoffströme und Verbesserung der Prozessebenen aufzeigten. Unter dem Fokus der Kohlenstoff- und Nährstofferhaltung und der Optimierung der ökologischen Leistungen eines geschlossenen Stoffkreislaufes wurden drei technische Innovationen und Neuerungen (Biokohleherstellung, kontrollierte Kompostierung, nachhaltige Sanitärsysteme) hinsichtlich ihres generellen Potenzials und ihrer Implementierung in den betrieblichen Abläufen des BG untersucht. Die Karbonisierung stellt dabei, als zentrales Element in der TPT, eine vielversprechende nachhaltige Technologie dar, die einen Beitrag zur Kohlenstoffsequestrierung durch die Umwandlung von Holz in stabilen Kohlenstoff leistet. Neben der Reduzierung von atmosphärischen CO 2, lassen sich durch die gleichzeitige Wärmenutzung bei der Biokohleherstellung fossile Brennstoffe substituieren und der CO 2-Ausstoß senken. Im Botanischen Garten Berlin, lassen sich pro Jahr durch die Karbonisierung von geschredderten Stammholz und Gehölzschnitt durchschnittlich 77 Tonnen CO 2 nachhaltig aus der Atmosphäre entfernen und weitere 43 Tonnen CO 2 durch die Substitution von fossilen Brennstoffen einsparen. Die Kompostierung wurde hinsichtlich der Betriebsführung erheblich verbessert. Während der Kompostierung werden jetzt weniger Treibhausgase (Methan, Lachgas und Ammoniak) pro umgesetzte Tonne Frischmasse (FM) freigesetzt. Zusätzlich wirkt sich der Einsatz von Biokohle minimierend auf die THG-Freisetzung aus (24 bis 43 % Reduktion im Vergleich zu Mieten ohne Biokohle). Weitere Ergebnisse zeigen, dass die Zugabe von Biokohle eine Verbesserung des Kompostierprozesses (z.b. Feuchte, Geruch, Substratstruktur, Feuchtrohdichte) bewirkt. Unterschiede im Verlauf der Kompostierung zwischen den Mieten mit Biokohle und den Mieten ohne Biokohle sind jedoch vor allem bei der Entwicklung des organischen Kohlenstoffs zu erkennen. Hier wirkt die Biokohle stabilisierend auf den Kohlenstoffhaushalt der Mieten. In den Mieten ohne Biokohle wurde im Kompostierungsverlauf durchschnittlich 55 % des anfänglichen organischen Kohlenstoffs aus dem Grünschnitt abgebaut, mit Biokohle nur 36 %. Insgesamt bedeutet die Kohlenstoffstabilisierung eine Reduzierung der Kohlendioxidemission um 22 Tonnen. Die Zugabe von Biokohle am Anfang einer Kompostierung bietet somit ein weiteres Potenzial zur Kohlenstoffspeicherung. Durch die Neustrukturierung der Kompostierung können Biokohlekomposte hergestellt werden, die die Vorgaben der Bundesgütegemeinschaft Kompost e.v. vollständig erfüllen. Dies ist insbesondere durch die erzielte Hygieniserung der Grünschnittabfälle möglich. Hier zeigt die Zugabe an Biokohle ebenfalls eine positive Wirkung, da tendenziell höhere Temperaturen während der Intensivrotte erreicht werden, die zu einer verbesserten 161

23 Hygienisierung führen. Die Mitkompostierung von Biokohle führt weiterhin zu einer reduzierten Auswaschung von Nitrat, Phosphor und Kalium. Leachingversuche zeigten einen signifikanten Einfluss der Biokohle auf das Nährstofffreisetzungsverhalten von Biokohlekomposten und substraten. Vor allem in den gealterten (gelagerten) Biokohlesubstraten führt die Biokohle zu einer deutliche verzögerten Freisetzung an Nährstoffen. Aufgrund der positiven Synergieeffekte von Biokohle und Kompost hinsichtlich der Freisetzung von Nährstoffen, können mineralische Dünger in den Pflanzsubstraten reduziert werden. Pflanzversuche konnten zeigen, dass die Verwendung von Biokohlekompost als Substratkomponente die Verwendung von Torf und weiteren Zuschlagstoffen minimieren kann. Die Untersuchung der pflanzenbaulichen Wirkung zeigten bei den ausgewählten tropischen Pflanzen, subtropischen Pflanzen und Pflanzen der temperierten Zone gleichwertige bis in einzelnen Fällen bessere Ergebnisse hinsichtlich des Pflanzenwachstums im Vergleich zu den herkömmlich verwendeten Pflanzsubstraten mit Torf. In den Freilandversuchen konnten teilweise signifikante Mehrerträge durch die Anwendung von Biokohlekomposten nachgewiesen werden. Die zahlreichen Untersuchungen konnten nachweisen, dass eine Reduktion bzw. Substitution von Torf durch die Anwendung von Biokohlekompost als Additiv für Pflanzsubstrate im Zierpflanzenbau möglich ist, ohne das Pflanzenwachstum negativ zu beeinträchtigen. Speziell hergestelltes Moorbeetersatzsubstrat unter Verwendung von Schwefel zur ph-wertabsenkung belegte in Versuchen ebenfalls das Potenzial einer Torfsubstitution. Angesäuerte Biokohlesubstrate haben aus gärtnerischer Sicht den Vorteil, dass aufgrund des Kompostanteils mehr Nährstoffe vorhanden sind als in reinen Torfsubstraten. Die Zugabe von Schwefel verbessert außerdem die Pflanzenverfügbarkeit der Nährstoffe. Des Weiteren wurden durch den Einsatz von Biokohlesubstraten positive phytopathogene Einflüsse beobachtet. Die Herstellung von qualitativ hochwertiger Biokohle und Biokohlekomposten führte zu der im Projekt angestrebten Schließung von Stoffkreisläufen. Neben den wissenschaftlichen Ergebnissen hinsichtlich der Wirkung von Biokohle wurde durch die erfolgreiche Implementierung der TPT und den damit zusammenhängenden Investitionen die Reduzierung des Einkaufes und der Entsorgung möglich. Der Einkauf von externen Kompost wurde gänzlich eingestellt und die Entsorgung von Grünschnitt weitestgehend minimiert. Das nachhaltige Sanitärsystem ermöglichte die Aufbereitung und Wiedergewinnung von Nährstoffen (N, P, K). In zahlreichen Versuchen wurde Urin zur Aufladung von Biokohle eingesetzt und als Dünger im Zusammenspiel mit Biokohle untersucht. Biokohle und Harn erzeugten in Kombination Synergieeffekte, die sich positiv auf die Pflanzsubstrate auswirkten. Zum Beispiel wurde bei Anwesenheit von Biokohle der Salzgehalt bis zu 50 % verringert. Aus Kompost, Biokohle und Harn lassen sich unter Berücksichtigung ihrer spezifischen Eigenschaften nährstoffreiche Substrate generieren, die eine gute Pflanzenverträglichkeit aufweisen und den Einsatz von Mineraldüngern reduzieren könnten. 162

24 Bei der Verwertung von Fäzes wurde besonderes Augenmerk auf die Hygienisierung gelegt. Die erzielten Ergebnisse bestätigten, dass durch eine Milchsäure-Fermentation, Kompostierung und anschließender Vermikompostierung eine ausreichende Hygienisierung stattfindet. Der anaerobe Abbau von Fäkalien mittels Biokohle, kohlenhydrathaltigen Materialien und Bentonit schafft ein Milieu, das pathogene Mikroorganismen unterdrückt und die natürlichen Antagonisten von Krankheitserregern im Wachstum begünstigt. Die vererdeten Fäkalienkomposte besitzen im Vergleich zu Grünschnittkompost höhere Stickstoff- und Phosphorwerte. Pflanzversuche mit verschiedenen Pflanzen wie Tabak, Zucchini, Gurken und Kürbis zeigten in Fäkaliensubstraten durchweg gesundes und überaus kräftiges Wachstum. Gerade bei anspruchsvollen, stark zehrenden Pflanzen ist der Einsatz von hygienisierten Fäkalkomposten generell vielversprechend. Die Verarbeitung der gesammelten Fäkalien und des Urins haben jedoch gezeigt, dass die einzelnen Arbeitsschritte bis zur Erzeugung eines vererdeten und nutzbaren Substrates, durch Hygienevorschriften und dadurch bedingten hohen Arbeitsschutzmaßnahmen, eine wesentlich zeitintensivere und aufwendigere Behandlung bedürfen, die in vorhandene betriebliche Arbeitsabläufe zurzeit nicht integrierbar und daher für den BG nicht praktikabel ist. Die Verwendung von Substraten mit menschlichen Fäkalien bedarf ebenso weiterer Aufklärungsarbeit. Durch die Einführung der TPT wurden die pflanzlichen Stoffströme und ihre Verwertungswege neu strukturiert. Dies spiegelt sich vor allem in der Kohlenstoff- und Stickstoffbilanz wider. Im Vergleich zum bisherigen Beschaffungs- und Entsorgungssystem ergaben die Berechnungen eine zusätzliche Aufnahme von durchschnittlich 47 Tonnen Kohlenstoff pro Jahr im Botanischen Garten, was vorallem an der reduzierten Entsorgung pflanzlicher Reststoffe und stärkeren Eigennutzung der hergestellten Komposte liegt. Hinsichtlich Stickstoff zeigten die Berechnung auch, dass der bisherige Überschuss von durchschnittlich 0,5 Tonnen N pro Jahr durch die verbesserte Kreislaufführung einer ausgeglichenen Bilanz weicht, was das Eutrophierungspotenzial stark senkt. Dadurch verbessert sich auch die generelle Klimabilanz des Botanischen Gartens im Bereich des Substratmanagements. Neben der Reduzierung der Einkäufe und Entsorgungen sind vor allem die Herstellung der Biokohle und die neustrukturierte Kompostierung mit Biokohle Haupteinflussfaktoren bei der Reduzierung des CO 2-Ausstoßes und weiterer Klimagasemission wie Methan, Lachgas und Ammoniak. Durch die Biokohleherstellung (77 Mg/a CO 2 Einsparung) und die Stabilisierung des organischen Kohlenstoffes bei der Kompostierung (22 Mg/a CO 2 Einsparung) können pro Jahr bis zu ca. 100 Tonnen CO 2 langfristig gespeichert, d.h. der Atmosphäre entzogen werden. Methan, Lachgas und Ammoniak konnten Berechnungen zufolge im ganzen betrachteten Prozess um ca. 50 Tonnen CO 2eq pro Jahr gesenkt werden. Durch die Herstellung stabilen Kohlenstoffs im Karbonisierungsprozess und der möglichen Substitution von fossilen Energieträgern sowie der Stabilisierung von organischem Kohlenstoff bei der Kompostierung, können entstehende CO 2eq mit dem Kohlenstoffsequestrierungspotenzial bzw. Substitutionspotenzial verrechnet werden. Dabei zeigt sich, dass durch die Karbonisierungs- und TP-Technologie im gesamten Prozess mehr Kohlenstoff gespeichert als an CO 2/CO 2eq freigesetzt wird. Das Abfall- und Substratmanagement des BG konnte durch die 163

25 TPT von vormals ca. 160 Tonnen freigesetzten CO 2/CO 2eq pro Jahr um ca. 200 Tonnen CO 2/CO 2eq pro Jahr CO 2-negativ auf minus 42 Tonnen CO 2/CO 2eq pro Jahr gesenkt werden. Damit wird die gesamte emissionsökologische Entlastung deutlich. Einige Vorteile von Biokohlen und Biokohlesubstraten (BKS) können als positive externe Effekte identifiziert und monetarisiert werden, u.a. die CO 2-Sequestrierung (15 /t BKS), die Verringerung der Mineraldüngeremissionen (2,30 /t BKS) und der Aufbau einer Humusschicht (8 /t BKS). Die Kosten-Nutzen-Analyse ergab, dass ein ausschließlicher Vertrieb an Privatkunden bereits rentabel ist. Neben der Schließung interner Stoffkreisläufe könnte somit zukünftig bei höherer Produktion (Auslastung der Karbonisierungsanlage) ein zusätzliches Geschäftsfeld generiert werden. In der regionalen Verwertung von Biomassen durch die Herstellung von Biokohle und Biokohlesubstraten liegt ein Potenzial mit vielen Entwicklungsmöglichkeiten. Neben der Kuppelproduktion von Energie und der Kaskadennutzung der Biokohle können Lerneffekte sowohl bei der Technologieentwicklung als auch beim BKS-Einsatz zu einer weiteren Verbesserung und Wirtschaftlichkeit führen. 164