Umweltfreundliche Kohle?!

Weg geebnet für Düngemittel auf Basis von Pflanzenkohle

04.12.2017 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Pflanzenkohle entsteht bei der Zersetzung (Pyrolyse) von organischem Material. (Bildquelle: © okrip/ Fotolia.com)
Pflanzenkohle entsteht bei der Zersetzung (Pyrolyse) von organischem Material. (Bildquelle: © okrip/ Fotolia.com)

Kohle steht derzeit stark in der Kritik. Zu schmutzig und schädlich für die Umwelt, ist der Abbau und die Verfeuerung. Der Kohleausstieg ist daher auch ein politisch heiß diskutiertes Thema. Doch eine Form der Kohle könnte bald die Basis für umweltfreundlichere Düngemittel in der Landwirtschaft sein: Pflanzenkohle oder auch Biokohle genannt.

Es sind keine guten Neuigkeiten, die Klimaforscher vor Kurzem vermeldeten: Die Treibhausgas-Emissionen werden dieses Jahr zum ersten Mal seit drei Jahren wieder steigen. Sollte sich die neueste Analyse als richtig erweist, werden die weltweiten CO2-Emissionen 2017 41 Milliarden Tonnen erreichen – ein Plus von zwei Prozent. Ein Hauptverursacher ist den Analysten zufolge China und dessen Kohleverbrauch.

Treibhausgase in der Landwirtschaft

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Feldexperiment: Bevor die Pflanzenkohle dazu gegeben wurde, türmten die Wissenschaftler Komposthaufen aus Stallmist auf.

Feldexperiment: Bevor die Pflanzenkohle dazu gegeben wurde, türmten die Wissenschaftler Komposthaufen aus Stallmist auf.

Bildquelle: © Nikolas Hagemann/Universität Tübingen

Doch auch die Landwirtschaft steht in der Kritik, insbesondere deren hohe Emissionen von Methan (CH4), Lachgas (N2O) und Kohlendioxid. Methan entsteht bei der Tierhaltung und dem Güllemanagement, Lachgas als Folge von Düngemaßnahmen. Dazu kommt, dass Böden große Mengen Kohlenstoff speichern. Werden diese ackerbaulich bearbeitet oder beispielsweise Wälder für Plantagen gerodet, wird CO2 freigesetzt.  

Doch was kann man konkret tun, um in der Landwirtschaft Treibhausgas-Emissionen zu verringern? Ein Ansatzpunkt ist, den Einsatz von mineralischen Dünger zu reduzieren. Dennoch brauchen die Pflanzen wichtige Nährstoffe zum Wachsen und Gedeihen. Als Alternative wird seit längerer Zeit wieder Pflanzenkohle (auch Biokohle genannt) diskutiert.

Pflanzenkohle im Fokus

Pflanzenkohle ist verkohlte Biomasse. Sie entsteht durch Pyrolyse, d. h. einer Zersetzung unter extrem hohen Temperaturen und unter nahezu vollständigem Ausschluss von Sauerstoff. Man weiß bereits seit langem, dass Pflanzenkohle den Boden fruchtbar macht und das Pflanzenwachstum fördert. Denn Pflanzenkohle kann die Wasserspeicherkapazität des Bodens verbessern und Nährstoffe binden, darunter auch Stickstoff in Form von Nitrat. Und natürlich ist Biokohle im Ackerboden ein ziemlich stabiler CO2-Speicher und damit eine interessante Option für den Klimaschutz.

Aber hinsichtlich der wachstumsfördernden Eigenschaften ist Pflanzenkohle nicht gleich Pflanzenkohle. Ein internationales Team unter Beteiligung von Wissenschaftlern der Universität Tübingen hat die zugrundeliegenden Mechanismen genauer untersucht, wie aus profaner Biokohle ein potentes Düngemittel wird.

Ausgangslage

„Im Pflanzenbau stellen sich höhere Erträge jedoch meist nur dann ein, wenn die Pflanzenkohle gemeinsam mit Nährstoffen aus nicht verkohlter Biomasse, wie zum Beispiel Stallmist oder Gülle, ausgebracht wird“, erklärt der beteiligte Tübinger Wissenschaftler Nikolas Hagemann. Bisher führte der Einsatz von Pflanzenkohle ohne eine solche extra Portion Nährstoffe zu ernüchternden Ergebnissen. Ein Grund, warum Pflanzenkohle als Düngemittel derzeit noch nicht wirtschaftlich ist. Diese Beobachtung nahm das Forschungsteam zum Anlass, sich Pflanzenkohle vor und nach der Kompostierung mit Stallmist genauer anzuschauen.

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Die in der Studie gefundene organische Beschichtung ist der entscheidende Unterschied zwischen frischer und kompostierter Pflanzenkohle.

Bildquelle: Mihaela Albu, Austrian Cooperative Research, Graz; Wolfgang Gerber, Nikolas Hagemann/Universität Tübingen

Pimp my Pflanzenkohle

Die mikroskopischen und massenspektroskopischen Untersuchungen der mit Stallmist kompostierten Pflanzenkohle zeigten eine Veränderung: Die Kompostierung führte zu einer organischen Beschichtung der Oberfläche, die auch Nährstoffe aus dem Mist enthielt. Auch Mikroorganismen könnten bei der Entstehung der Schicht eine wichtige Rolle spielen, merken die Forscher an.

Die stellenweise bis zu 200 Nanometer dicke Schicht sorgt den Autoren zufolge für die verbesserten Düngeeigenschaften der „aktivierten“ Pflanzenkohle. Analysen zeigten, dass die zusätzliche Schicht die Interaktion der Pflanzenkohle mit Wasser verändert: Wassermoleküle haften besser an der Oberfläche. Das könnte die bessere Bindung von wasserlöslichen Nährstoffe wie Nitrat begründen.

Ähnliche Strukturen lassen sich nach längerer Zeit auch auf unbehandelter Pflanzenkohle finden, die im Boden eingearbeitet wurde. Auch diese „gealterte“ Pflanzenkohle wirkt sich dann ebenfalls förderlich auf die Bodenfruchtbarkeit aus.

Weg geebnet für neue Generation von Düngemitteln

Mit dem neuen Wissen über die „aktivierte“ Pflanzenkohle, ist nun vielleicht die Grundlage für den landwirtschaftlichen Einsatz in größerem Maßstab geschaffen worden. Die Verwendung von nährstoffangereicherter Pflanzenkohle könnte den Einsatz mineralischer Dünger deutlich reduzieren und gleichzeitig Kohlenstoff langfristig speichern (Kohlenstoff-Sequestrierung). Das wäre eine „Win-win“-Situation für Klimaschutz, Gewässerschutz und für den Geldbeutel der Landwirte.

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