Ausgangsstoffe für Pflanzenkohle
Die Ausgangsstoffe, aus denen Pflanzenkohle hergestellt werden kann, sind vielseitig: neben dem klassischen Material Holz können auch Nussschalen, Obstkerne, Rinde und u.a. Filter aus Biogasanlagen verkohlt werden. Generell sind trockene und kohlenstoffreiche Biomassen geeignet, um besonders stabile und poröse Pflanzenkohle zu erhalten. Aber auch Biomassen wie Stroh, Blätter und Trester können verarbeitet werden [1].
Möchte man die Pflanzenkohle im Gemüseanbau oder als Zusatz zu Tierfutter nutzen, sollten nur die Ausgangsstoffe Verwendung finden, die auf der Positivliste der EU- Verordnung über Bodenhilfsmittel im biologischen Landbau stehen. [2]
Emissionsarme Verkohlung / Pyrolyse
Hochwertiges Holz sollte aufgrund seiner Klimawirkung vorrangig stofflich genutzt werden, z.B. als Baumaterial. Die energetische Nutzung und auch die Verkohlung sollten deswegen erst am Ende einer möglichst langen stofflichen Nutzung stehen [3-4].
Für die Verbrennung in Heizungsanlagen und Kraftwerken sind vor allem trockene Reststoffe aus der Verarbeitung land- und forstwirtschaftlicher Produkte als Ausgangsmaterialien relevant. Als Pyrolyse wird die thermische Spaltung von organischen Verbindungen bezeichnet. Durch hohe Temperaturen und Luftabschluss wird verhindert, dass das Holz verbrennt. Stattdessen entstehen Synthesegas und Holzkohle. Die offene Verfeuerung von Holz im Lagerfeuer oder Kamin hingegen ist etwasfür seltene romantische Abende, denn dabei werden gesundheits- und klimagefährdende Stoffe wie Ruß, Feinstäube, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid freigesetzt [5].
Richtige Verkohlungstemperatur
Die Beschaffenheit von Pflanzenkohle wird vornehmlich durch die Pyrolyse-Temperatur und das verwendete Substrat bestimmt [5-6]. Organische Materialien beginnen bei Temperaturen über 120°C sich thermisch zu zersetzen, wobei sie chemisch gebundene Feuchtigkeit verlieren. Hemicellulosen werden bei 200°C bis 260°C abgebaut, Cellulose bei 240°C bis 350°C und Lignin bei 280°C bis 500°C. Daher beeinflussen vornehmlich die Anteile dieser Komponenten und der Anteil der anorganischen Komponenten (Asche) die Struktur der Pflanzenkohle. [8] Im Kohlemeiler werden Temperaturen von ca. 400-600 °C erreicht.”
Passende Ausgangsstoffe für spezielle Anwendungen
Für den Einsatz in der biologischen Landwirtschaft müssen auch die Ausgangsstoffe der Pflanzenkohle bio-zertifiziert sein. Soll die Pflanzenkohle als Kohlenstoffsenke zertifiziert werden, muss die Menge der eingesetzten Düngemittel, die zur Produktion der Ausgangsstoffe nötig waren, deklariert werden (z.B. bei der Pyrolyse von Energiepflanzen oder holziger Biomasse aus Kurzumtriebsplantagen).
Zudem muss immer auf die Schwermetallbelastung, die z.B. aus Pflanzenschutzspritzungen resultieren kann, geachtet werden, da sich diese entweder in der Pflanzenkohle beim Verkohlungsprozess anreichern kann oder bei nicht abgeschlossenen Verkohlungsanlagen ohne Emissionsfilter in Form von Gasen oder Aerosolen in die Atmosphäre abgegeben wird. Holzreste müssen unbehandelt sein und aus FSC- oder PEFC-zertifizierter Waldbewirtschaftung kommen.
Zusatzstoffe, wie z.B. Erde, die noch an Wurzelstöcken hängt, sollte nicht über 10 Gewichtsprozent der Biomasse für die Pyrolyse ausmachen; Verunreinigungen mit Plastik sollten unter 1% Massenanteil bleiben. Unter Berücksichtigung dieser Werte und nach Materialanalysen können auch Reststoffe aus dem Textilbereich, der Papierherstellung oder von Biogasanlagen als Ausgangsstoffe für die Pyrolyse dienen. [7]
Sammeln und Materialgröße
Im Hobby-Garten eignet sich vor allem regelmäßig anfallendes Holz für das Verkohlen zu Pflanzenkohle. Für den Schwarzen Garten liefern die Gärtnernden vom KGV „Flora I“ holzigen Grünschnitt, der während der Baumschnittsaison anfällt. Dieses kollektiv gesammelte Holz muss mind. ein Jahr bzw. so lange getrocknet werden, bis es maximal 30% Restfeuchte hat – also keinen feuchten Kern aufweist und nicht modrig riecht.
Lagerfertiges Holz sollte auf eine handliche Form gebracht werden, damit es nach dem Lagern direkt verkohlt werden kann: optimal sind ca. 1-6 cm Querschnitt und ca. 20-40 cm Länge.
Entscheidend ist, dass der Kohlemeiler mit Schichten gleichgroßen Materials beschickt wird, wobei die Materialgröße von Schicht zu Schicht unterschiedlich sein kann (Weiteres siehe Station „Garten-Kohlemeiler”). Das Sammeln, Vorbereiten und Lagern ist deshalb ein entscheidender Faktor.
Veranstaltungen
Aktuell sind zu viele Teilchen in der Atmosphäre, die den Treibhauseffekt ankurbeln und die Klimakatastrophe für uns Menschen verursachen. Diese Teilchen sind z.B. Kohlenstoffdioxid und Lachgas. Wasserdampf ist ebenso ein Treibhausgas. Im Schwarzen Garten widmen wir uns hauptsächlich dem Kohlenstoffdioxid (CO2).
Wir wollen dabei helfen, so viel Kohlenstoff aus dem Grünschnitt des Kleingärtnervereins “Flora I” in der Gartenerde zu speichern wie möglich. CO2 nehmen die Pflanzen in unseren Gärten durch Photosynthese auf und lagern C und O in verschiedenen Strukturen in ihren Zellen ein. Die besten Kohlenstoffdioxid-Photosythesler unter den Gartenfrüchten sind Rüben, die 21 Tonnen CO2 binden können, und als schöner Nebeneffekt 14 Tonnen Sauerstoff (O2) wieder abgeben, die uns atmen lassen [1]. Rüben anbauen, und konservieren oder Essen ist damit für sich genommen schon eine Klimaschutzmaßnahme.
[1] Ye, L., Camps‐Arbestain, M., Shen, Q., Lehmann, J., Singh, B., Sabir, M., 2020. Biochar effects on crop yields with and without fertilizer: A meta‐analysis of field studies using separate controls. Soil Use Manag. 36, 2–18. https://doi.org/10.1111/sum.12546
[2] Anhang I Durchfuhrungsverordnung (EU) 2019/2164 und Verordnung (EG) Nr. 834/2007 Bodenhilfsmittel im biologischen Landbau (EU-Bio, 2019).
[3] Frey, M., Widner, D., Segmehl, J.S., Casdorff, K., Keplinger, T., Burgert, I., 2018. Delignified and Densified Cellulose Bulk Materials with Excellent Tensile Properties for Sustainable Engineering. ACS Appl. Mater. Interfaces 10, 5030–5037. https://doi.org/10.1021/acsami.7b18646
[4] Song, J., Chen, C., Zhu, S., Zhu, M., Dai, J., Ray, U., Li, Yiju, Kuang, Y., Li, Yongfeng, Quispe, N., Yao, Y., Gong, A., Leiste, U.H., Bruck, H.A., Zhu, J.Y., Vellore, A., Li, H., Minus, M.L., Jia, Z., Martini, A., Li, T., Hu, L., 2018. Processing bulk natural wood into a high-performance structural material. Nature 554, 224–228. https://doi.org/10.1038/nature25476
[5] Umweltbundesamt, 2022. https://www.umweltbundesamt.de/umwelttipps-fuer-den-alltag/garten-freizeit/lagerfeuer-feuerschalen]
[6] Z. Dai, X. Xiong, H. Zhu, et al. (2021). Association of biochar properties with changes in soil bacterial, fungal and fauna communities and nutrient cycling processes. Biochar 3; pp 239–254 https://doi.org/10.1007/s42773-021-00099-x.
[7] A. Downie, A. Crosky, P. Munroe (2009). Chapter: Physical Properties of Biochar. Book: Biochar for Environmental Management. Hrsg. Lehmann J., Joseph S.: Science and Technology, Earthscan eBook ISBN 9781849770552.
[8] L. Han, B. Zhang, L. Chen, et al. (2021). Impact of biochar amendment on soil aggregation varied with incubation duration and biochar pyrolysis temperature. Biochar 3; pp 339–347 https://doi.org/10.1007/s42773-021-00097-z.
[9] H. P. Schmidt, N. Hagemann, F. Abächerli, J. Leifeld, T. Bucheli (2021). Pflanzenkohle in der Landwirtschaft – Hintergründe zur Düngerzulassung und Potentialabklärung für die Schaffung von Kohlenstoff-Senken. Available at: https://lnv-bw.de/wp-content/uploads/2021/08/Pflanzenkohle-in-der-LW_Ithaka_BLW_2021.pdf. Accessed 12/10/2021.