Europas erste Biokohle-Produktion geht in Betrieb


von Hans-Peter Schmidt

Die energetische Effizienz der Biosphäre übersteigt nicht nur diejenige von Solarzellen, sondern auch jene von allen sonstigen CO2-Speicherverfahren. Die Firma Swiss-Biochar nutzt diesen natürlichen Prozess, um der Atmosphäre CO2 zu entziehen und zugleich Energie sowie einen höchst wirksamen Bodenverbesserer zu gewinnen. Am Freitag, 16. April 2010, wurde in Lausanne Europas erste industrielle Anlage zur Produktion von Biokohle aus organischen Abfällen in Betrieb genommen.

Erst als man vor 2500 Jahren herausfand, wie sich Holz und Stroh zu Kohle verschwelen lassen, gelang es, so heiße Feuer zu entfachen, dass aus Erzen das wertvolle Eisen tropfte. Dieses ließ sich fortan zur Herstellung von Werkzeugen, Waffen und Maschinen verwenden. Viele Jahrhunderte lang wurde die Holzkohle jedoch nicht nur als Brennstoff, sondern auch als Bodenverbesserer verwendet. In Japan, in Amazonien, in Kenia, in Skandinavien, in Südfrankreich, überall, wo Menschen täglichen Umgang mit Holzkohle hatten, erkannten sie, dass sich die Fruchtbarkeit ihrer Böden erhöhte, sobald sie der Ackerfurche diese Kohle hinzu gaben. Im letzten Jahrhundert, als Braunkohle, Erdöl und synthetische Düngemittel viele traditionellen Methoden der Landwirtschaft obsolet machten, ging dieses Wissen samt der Bauernschläue verloren.
Seit knapp zehn Jahren entdeckt die Wissenschaft nun auf anderen Wegen abermals, dass man mit Kompost vermischte Holz- und Biokohle sterbende Landwirtschaftsböden wiederbeleben, die Ernten steigern, die Erosion bremsen, die Wasserhaltefähigkeit erhöhen, ja sogar Wüsten wieder urbar machen kann.

Wie entsteht Biokohle?

pyreg2Erhitzt man Biomasse wie Grünschnitt, Trester oder Viehmist unter Ausschluss von Luft auf Temperaturen von 400 Grad °C, so zerbrechen die langkettigen Kohlenstoffverbindungen, welche die Biomasse zusammenhalten. Bei diesem Vorgang, den man als Pyrolyse bezeichnet, entstehen brennbare Gase und Biokohle. Diese Biokohle, die von der Struktur her gewöhnlicher Grillkohle entspricht, besteht hauptsächlich aus reinem Kohlenstoff, der im Unterschied zur Biomasse nicht verrottet, also nicht von Mikroorganismen abgebaut werden kann.
Wird solche Biokohle in landwirtschaftliche Böden eingearbeitet, bleibt sie für mehrere Jahrtausende stabil und ist somit eine ideale Möglichkeit, das von Pflanzen assimilierte CO2 langfristig der Atmosphäre zu entziehen und somit den Klimawandel abzubremsen.

Positive Klimabilanz

Mit der Anlage, die am Freitag von Swiss-Biochar und dem Delinat-Institut in Betrieb genommen wurde, lassen sich aus 1 t Grünschnitt rund 500 kg CO2 dauerhaft der Atmosphäre entziehen und zudem 400 KWh Wärme erzeugen (siehe hier). Alle Energieaufwendungen wie der Transport des Grüngutes, dessen Zerkleinerung, die Maschinenbedienung sowie das Einbringen der Biokohle in den Boden sind dabei bereits berücksichtigt. Die Pyreg-Anlage selbst ist energieautonom und wird im kontinuierlichen Prozess betrieben. Die Energie, die zur Aufheizung der Biomasse auf 400 Grad benötigt wird, stammt aus der Biomasse selbst und wird bei der Verbrennung des bei der Pyrolyse entstehenden Gases erzeugt.

 

Pflanzen als Solaranlage – die Landwirtschaft als Klimaretter

Pflanzen sind Energiespeicher, deren Wirkungsgrad weit über allen technischen Formen der Energiespeicherung liegt. Pflanzen wandeln Sonnenenergie in chemische Energie um. Der Kohlenstoff aus dem Kohlendioxid der Atmosphäre wird dabei zu langkettigen Kohlenstoffmolekülen gebunden und in das Zellgewebe eingebaut. Erhitzt man dieses Zellgewebe auf 400 Grad, werden die langen Kohlenstoffmoleküle wieder aufgespaltet, wobei die einst von den Pflanzen gespeicherte Sonnenenergie wieder freigesetzt wird.
Bei der durch die Pyrolyse freigesetzten Energie handelt es sich also im Grunde um Solarenergie, die biologisch zwischengespeichert war. Es wird bei der Pyrolyse allerdings nur ein Drittel dieser biologischen Energie freigesetzt, denn der restliche Anteil der Energie bleibt in der entstehenden Biokohle gespeichert. Wird diese Biokohle in landwirtschaftliche Böden eingearbeitet, wird also nicht nur dauerhaft CO2 aus der Atmosphäre entzogen, sondern auch Energie in den Böden gespeichert.
Die Land- und Forstwirtschaft sind die einzigen Industriezweige, die gezielt Kohlendioxid aus der Atmosphäre entziehen können. Alle anderen Umwelttechnologien können höchstens den Kohlendioxidausstoß vermindern. Der Kampf gegen den Klimawandel aber entscheidet sich daran, ob es gelingt, die Arbeit der Pflanzen und die Arbeit der Ökosysteme nachhaltig in die Klimastrategie einzubinden.

Biokohle verbessert die Böden

Biochar-webDie bei der Biomasse-Pyrolyse entstehende Biokohle ist nicht nur aus klimapolitischen Erwägungen von höchstem Interesse. In Verbindung mit Kompost entsteht aus Biokohle einer der wertvollsten Bodenverbesserer, den die Geschichte der Landwirtschaft kennt. Die Biokohle, deren spezifische Oberfläche rund 150 m2 pro Gramm beträgt, wirkt wie ein Schwamm, der Wasser und Nährstoffe aufsaugt und diese, je nach Bedarf, wieder an die Pflanzen abgibt. Durch den Eintrag von Biokohle in landwirtschaftlich genutzte Böden lassen sich somit äußerst positive Auswirkungen auf die Bodenaktivität, Bodengesundheit und Ertragskapazität erzielen (siehe hier).
Die vielfältigen Auswirkungen der Biokohle auf das gesamte Bodensystem konnten sowohl im Labor als auch in der landwirtschaftlichen Praxis nachgewiesen werden. Aufgrund der hochkomplexen Interaktion der Biokohle mit dem gesamten Netzwerk des Bodenlebens herrscht allerdings noch keine wissenschaftlich abschließende Klarheit über die tatsächliche Funktionsweise.

Konkreter Einsatz

In den Weinbergen des Delinat-Instituts wurde im Jahre 2007 ein großflächiger Landwirtschaftsversuch zum Einsatz von Biokohle angelegt. Auf einer Parzelle von 3000m2 wurden die Auswirkungen von Biokohle-Kompost Mischungen mit Varianten aus reinem Kompost, aus Gründüngung und unbehandelten Kontrollflächen verglichen. Auch wenn der Versuch über mehrere Jahre angelegt ist und es für eine abschließende Auswertung noch zu früh ist, konnte bereits gezeigt werden, dass die Wasserverfügbarkeit in Trockenperioden deutlich stieg und im Vergleich zur reinen Kompostvariante ein Ertragszuwachs von über 20% zu verzeichnen war (siehe hier).
Je nach angebauter Kultur werden zwischen 10 und 120 t fein gemahlener Biokohle pro Hektar oberflächlich in den Boden eingetragen. Die Vermischung mit Kompost sorgt für die Aufladung der Biokohle mit Nährstoffen. Wird die Biokohle während der Kompostierung in einem Verhältnis von 1:10 beigegeben, führt dies nicht nur zu einer besonders effektiven Nährstoffaufnahme, sondern auch zur Zunahme von Mikroorganismen und zur Verringerung klimaschädlicher Emissionen bei der Kompostierung. Bei zahlreichen Topf- und auch Freilandversuchen konnten bei Kulturen wie Gerste, Weizen, Mais, Tomaten, Kürbis, Maniok teils erhebliche Wachstums- und Qualitätszunahmen beobachtet werden. (Quellen hier )

Biokohle unter dem Elektronenmikroskop

Die hochporöse Struktur der Biokohle unter dem Elektronenmikroskop

 

Biokohle Produktion – die Schweiz als Vorreiter

Bei der traditionellen Pyrolyse, wie sie 2500 Jahre lang in sogenannten Kohlemeilern praktiziert wurde, entweichen sämtliche Abgase in die Atmosphäre, wobei es sich zum Teil um stark umweltschädigende Emissionen handelt. Bei der industriellen Holzverkohlung konnten die Emissionswerte und auch die Teerbelastungen der Holzkohle zwar mittlerweile deutlich gesenkt werden, doch lässt sich für diese Anlagen nur getrocknetes Holz einsetzen, was natürlich an sich schon ein sehr wertvoller Rohstoff ist.
Das weltweit zur Zeit einzige Verfahren, das aus beliebigen Biomassen wie Trester, Küchenabfällen, Viehmist, Klärschlamm und sogar Plastik hochwertige Biokohle herstellen kann und dabei die Emissionswerte selbst von Holzfeuerungsanlagen deutlich unterschreitet, ist das von Helmut Gerber entwickelte Pyreg-Verfahren (siehe hier). Nach 5-jähriger Entwicklungszeit und zwei Pilotanlagen konnte am Freitag, den 16. April 2010, die erste industriell einsetzbare Pyrolyseanlage in Belmont-sur-Lausanne in Betrieb genommen werden.
Für den Erwerb und den Betrieb dieser ersten tatsächlich klimapositiven Anlage zur Herstellung von Biokohle hat das Delinat-Institut mehrere private Investoren zusammen bringen können, welche die Firma Swiss-Biochar als Betreibergesellschaft gründeten. Diese erste Biokohleanlage hat eine Jahreskapazität von 380 t Biokohle, wobei zusätzlich rund 1200 MWh Wärme erzeugt werden.

Forschung

Dank der engen Zusammenarbeit des Delinat-Instituts mit Swiss-Biochar steht der größte Teil der Biokohleproduktion dieser ersten Anlage für Forschungsprojekte in ganz Europa zur Verfügung. Auf diese Weise können in den nächsten 3 Jahren in verschiedenen Klimazonen auf ganz verschiedenen Böden und bei einer Vielzahl von Kulturen Biokohleversuche auf über 100 Hektar durchgeführt werden. In einem Verbund von rund 20 europäischen Institutionen und Universitäten werden so die agronomischen Auswirkungen und Einsatzmöglichkeiten von Biokohle umfassend untersucht. Dank dieser fachübergreifenden Zusammenarbeit sollen in den kommenden Jahren alle wesentlichen technischen, chemischen, biologischen, landwirtschaftlichen und klimapolitischen Aspekte der Biokohlenutzung erforscht und für die praktische Anwendung nutzbar gemacht werden. (siehe hier).

Die höchste wissenschaftliche Priorität hat derzeit die umfassende Charakterisierung von Biokohle sowie deren Herstellungsbedingungen, um klar und unmissverständlich zu definieren, was Biokohle ist und was nicht. Holzkohle beispielsweise, wie sie im Handel als Grillkohle erhältlich ist, sollte unter keinen Umständen in den Boden eingearbeitet werden, die Verunreinigung mit polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK), Schwermetallen und chemischen Fixierungsmitteln würde diese zur Gefahr für die mikrobiologische Stabilität des Bodensystems machen.

Wenn Biokohle nicht unter kontrollieren Bedingungen und aus kontrollierten Ausgangsmaterialien hergestellt wird, kann es zu erheblichen ökotoxikologischen Belastungen der Kohle und klimaschädlichen Auswirkungen kommen. Es müssen jetzt rasch die Rahmenbedingungen geschaffen werden, damit nur zertifizierte, ökologisch wertvolle Biokohle in landwirtschaftlichen Böden eingesetzt wird. Für die mit Pyreg-Anlagen hergestellte Biokohle, wie die von Swiss-Biochar, liegen bereits umfassende Analysedaten vor, die in den nächsten Monaten gemeinsam mit der Universität Zürich und der Universität Bayreuth vervollständigt werden, um die Zertifizierungsbedingungen für Biokohle auf fundierter wissenschaftlicher Basis zu erstellen und einen wirklich nachhaltigen Einsatz der Biokohle sicher zu stellen.

Nächste Schritte, weitere Produktionsstandorte

Sechs weitere Pyreg-Anlagen sollen noch in diesem Jahr in der Schweiz errichtet werden. In den kommenden fünf Jahren soll ein gesamtschweizerisches Netzwerk von Biokohleproduzenten entstehen. Standorte sind Kompostwerke, Stadtgärtnereien, Bauernhöfe, Gemeinden, Klärwerke und Abfallentsorger. Da die Biokohle nicht nur in der Landwirtschaft Verwendung findet, sondern auch als Reduktionsmittel in der Metallurgie, als Filterstoff für die Abwasserreinigung, als Nährstoffspeicher für die Gülleentsorgung sowie als Brennstoff eingesetzt werden kann, wird sich rund um die Biokohle ein dynamisch wachsender Markt entwickeln. Und all dies im steten Bewusstsein, dass der Atmosphäre mit jedem Kilogramm Biokohle  3,6 kg CO2 entzogen wurden.

Kleingärtner, die sich an den Biokohleversuch beteiligen wollen,

können sich hier informieren und Kontakt mit dem Delinat-Institut aufnehmen


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17 Antworten zu “Europas erste Biokohle-Produktion geht in Betrieb””

  1. Pamplun
    Titel: Grillkohle

    Sie schreiben, dass die Biokohle nach Ihrem Pyrolyse-Verfahren nicht mit normaler “Grillkohle” zu vergleichen sei, ja, dass die Grillkohle sogar schädlich für die Böden sein könnte.

    Ich heize mein Haus alternativ mit einem Ölkessel oder einem nebengeschalteten Holzkessel. Im Holzkessel kommt nur jahrzehntealtes Bauholz (Kiefer) aus einem Abriss auf meinem eigenen Grundstück zur Verbrennung. Die anfallende Asche, die auch immer Holzkohle-Brocken enthält, vermische ich in meinen Komposthaufen. Ich dachte, hiermit etwas besonders gutes zu tun. Was sagen Sie dazu ?

  2. hps
    Titel:

    Das Problem mit handelsüblicher Grillkohle sind zum einen die chemischen Fixiermittel, die das Abstauben verhindern sollen, und zum anderen die polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK). PAKs entstehen, wenn bei der Pyrolyse zu niedrige Temperaturen herrschen und die Verkohlung nicht vollständig ist. Diese PAKs sind nicht nur krebserregend, sondern auch für Bodenmikroben und Wurzeln (herbizide Wirkung) schädlich. Da sie kaum wasserlöslich sind, bleiben sie ziemlich lange im Boden. Bei handelsüblicher Grillkohle sind die PAK relativ hoch. Bei der Kohle aus ihrem Holzkessel wäre zu vermuten, dass ebenfalls PAK entstehen, dies müsste man analysieren lassen. Ansonsten ist Ihre Kohle natürlich interessant und wird sowohl was die Erhöhung der Wasserspeicherfähigkeit als auch die Nährstoffspeicherung betrifft, gute Wirkung entfalten. Die Asche ist ein hochwertiger Mineraldünger, hierbei besteht nur die Gefahr, dass Sie des Guten zu viel tun, also mit der Asche die Böden überdüngen (kommt auf die Größe Ihres Gartens an).

  3. Guff
    Titel: Isolierung mit Biokohle?

    Anfrage,
    bei der durchsicht Ihres Beitrages über die Pyreg Technik
    kam mir der Gedanke Biokohle auch als Isoliergung zu nutzen. Denn Biokohle hat eine hochporöser Struktur , ähnlich wie es auch bei Glasschaum vorkommt.
    Oder ist der Gedanke zu verwegen?

  4. hps
    Titel:

    Im Vergleich z.B. zu Schafswolle, die quasi kostenlos auf dem Markt ist, wäre es eine teure Isolation, aber isolieren würde es sehr gut und eine Kohlenstoffsenke wäre es zudem auch.

  5. MG
    Titel: Schwermetalle

    Sie erwähnen, dass Schwermetalle in handelsüblicher Holzkohle vorhanden wäre.
    Wie sieht es bei Biochar aus? Ist es bei Anwendung des PYREG-Verfahrens nicht vorrangig vom verwendeten Ausgangsmaterial abbhängig, wieviel an Schwermetallen letztendlich im Kohleprodukt anfällt? Kann es bei der Verwendung von Klärschlamm als Rohstoff diesbezüglich zu Problemen kommen?

  6. hps
    Titel:

    Das handelsübliche Holzkohle mit Schwermetallen verunreinigt ist, halte ich für unwahrscheinlich. Die Gefahr kommt hauptsächlich von den PAKs und Fixiermitteln. Bei Klärschlammpyrolyse kommt es zu Schwermetallbelastungen, eine Einarbeitung dieser Kohle in landwirtschaftliche Böden würde ich zu verhindern suchen. Aber für diese Industriekohle gibt es genügend andere gute Verwendungen.

  7. Felix Jenny
    Titel:

    Wir entwickeln seit zwei Jahren in Olten einen mobilen Pyrolyseofen für Afrika, der ohne Stromzuführung funktioniert und mit dem zwei Mann pro Tag ca. 150 kg Biokohle erzeugen können. Ökologisches Prinzip –> Ofen zur Biomasse und nicht umgekehrt. Nach dem Abschluss der Versuche werden wir den Ofen im Herbst 2010 in Ghana produzieren lassen. (siehe hier) In Ihrem Artikel schwärmen Sie von der grandiosen Wirkung von Biochar. Aus was genau diese positiven Wirkung jedoch bestehen soll, vermisst der interessierte Leser.

  8. hps
    Titel:

    Die kleinen Pyrolyseöfen sind eine große Hoffnung für die Landwirtschaft in Afrika. Gern berichten wir über Ihres und andere Projekte in dieser Richtung. Unter dem Kapitel Klimafarming finden Sie ein Dutzend Artikel zur Wirkungsweise und zum Einsatz von Biokohle: klimafarming

  9. Christian Hildmann
    Titel: Dr.

    Mit großem Interesse verfolge ich Ihre Beiträge zur Biokohle. Nur ein kleiner Hinweis zur Differenzierung: Sie schreiben, die Effizienz der Pflanzen übersteige die der Solarzellen. Wenn Sie dies allein auf die Energie beziehen, so stimmt dies nicht. Mittels Photovoltaik können Sie mehr Energie einfangen, als von den Pflanzen biochemisch gespeichert wird. Der Vorteil der Pflanzen liegt darin, über ihre Verdunstung zugleich klimatisch ausgleichend zu wirken und zahlreiche weitere Ökosystemdienstleistungen zur Verfügung zu stellen, was die PV-Module so nicht können.

  10. hps
    Titel: Wirkungsgrad Photosynthese

    Bei Standardbedingungen (25°C) liegt der Wirkungsgrad der Photosynthese bei 36 %, wobei man davon ausgehen kann, dass dies in vivo noch etwas höher ist. Rechnet man dazu noch die Wasserverdunstungsleistung hinzu, steigt der Wirkungsgrad noch weiter. Allerdings geht in die obige Berechnung nur das für die Photosynthese verwendbare rote Licht ein, würde das gesamte Lichtspektrum betrachtet, läge der Wirkungsgrad nur bei der Hälfte.
    Der Wirkungsgrad des Ottomotors liegt bei 25% und der Rekord von Silizium-Solarzellen bei 24,7%. Die neusten Galliumindiumarsenid-Solarzellen erreichen offenbar einen Wirkungsgrad von ca. 40%, was die Photosynthese dann tatsächlich übertrifft.
    Technisch wird sich der Wirkungsgrad der Photosynthese sicher in absehbarer Zukunft (oder schon jetzt!) übertreffen lassen, so preiswert und ästhetisch wie die Natur wird es uns freilich kaum gelingen.

  11. Riccardo Cattaneo
    Titel:

    Ich finde diese Initiative hervorragend. Ich habe in den letzten Jahren die Entwicklung von “biokraftstoffen” gefolgt und finde, dass die Pyrolyse eine der vielversprechendsten Weise ist, Energie aus Biomasse oder anderen Materialien zu gewinnen. Als ich das biochar-Muster von Delinat bekommen habe, war ich extrem positiv überrascht, dass man Biomasse nützen kann, um guten Wein und gleichzeitig Energie zu produzieren.
    In welche weiteren schweizerischen Regionen sind die nächsten Anlagen geplant?
    Viel Erfolg

  12. jürg frey
    Titel: Kommentar hps

    Ich finde auch, warum wird Schafwolle nicht für die Isolation von Häusern benutzt in einem Zwischenbereich im Mauerwerk? Statt wegwerfen!

  13. Bruno Giger
    Titel:

    Gibt es bereits Holzpyrolyseanlagen für den Heimbedarf? Ich würde gerne meine Holzheizung ersetzen. Interessant wäre eine Anlage mit der ich mein Mehrfamilienhaus heizen kann und gleichzeitig Holzkohle für meinen Landwirtschaftsbetrieb herstellen kann. Gibt es bereits eine derartige Anlage auf dem Markt?

  14. Helmut Biegger
    Titel:

    Hallo, auch mich würde interessieren ob es System für kleine Produktinosmengen an Pflanzenklohle gibt. Sollten hier Informationen diesbezüglcih inegehen, bitte mich benachrichtigen > helmut.biegger@vup.at
    lG
    Helmut Biegger
    A – 6900 Bregenz

  15. Helmut Biegger
    Titel:

    Hallo, auch mich würde interessieren ob es System für kleine Produktionsmengen an Pflanzenkohle gibt. Sollten hier Informationen diesbezüglich eingehen, bitte mich zu benachrichtigen > helmut.biegger@vup.at
    lG
    Helmut Biegger
    A – 6900 Bregenz

  16. hps
    Titel:

    Sehr geehrte Herren,
    es sind einige Hersteller an der Entwicklung kleinerer, kontinuierlich arbeitender Pyrolysesysteme, meines Wissens sind solche aber bisher noch nicht auf dem Markt. Das kleinste kontinuierlich zu betreibende System hat die Firma biomacon. Grüsse, hp schmidt

  17. Achim Kruft
    Titel:

    Hallo Hans-Peter, kürzlich habe ich einen Pflanzenkohle-Hersteller kennengelernt und 1 cbm gekauft. Herr Jäger (ein Bastler wohl) erklärte mir, dass er sich ein kleines BHKW gebaut hat um sein Anwesen günstig mit Hackschnitzeln zu heizen und den Strom zu verkaufen. Jetzt vertreibt er die Pflanzenkohle als zusätzliche Einnahmequelle, von der er vorher gar nichts wußte. Schauen Sie mal unter http://www.Pflanzenkohle-Jaeger.de Grüsse Achim Kruft vom veldenzerhof.de

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